blå Den lille om industriel Procesventilation

Transkript

1 Glimrende lille opslagsbog hurtig adgang til nyttig viden Af Jan Ove Jensen, Energichef, Haldor Topsøe A/S Den lille blå om industriel Procesventilation fra Dansk Energi giver generelt en nyttig viden i forbindelse med energibevidst projektering af nye tekniske installationer og renovering af eksisterende i industrien. De anførte råd, anvisninger og beregninger er skrevet i en imødekommende form uden lange komplicerede formler, og fokus er nem adgang til den nyeste viden på området. Det er tankevækkende, hvor stor betydning et korrekt dimensioneret procesventilationssystem har for det samlede energiforbrug og arbejdsmiljøet. Derudover er kategoriseringen af de forskellige ventilationsprincipper efter forureningstyper i energifarveskala rigtig smart. Eksemplerne i bogen er gode og illustrative, og man bliver med sikker hånd sporet ind på tankegangen omkring valg af effektive ventilationstekniske løsninger, uanset om det er små eller store processer. Sløret løftes også for, hvad der kan forventes i fremtiden angående ecodesignkrav og intelligente robotudsug, som følger forureningskilden. Jeg håber, at Den lille blå om industriel Procesventilation, og generelt hele serien med de små blå, vil bestå mange år fremover. Det er efter min vurdering en god måde at sprede ny viden, teknologi og indsigt på, og et vigtigt bidrag til den overordnede målsætning om at reducere CO 2 udslippet ved hjælp af energibesparelser. blå Den lille om industriel Procesventilation

2 Den lille blå om industriel Procesventilation Forfattere: Christian Drivsholm (Teknologisk Institut) Claus M. Hvenegaard (Teknologisk Institut) Hans Olsen (Teknologisk Institut) Søren Draborg (Teknologisk Institut) Per Tage Jespersen (Teknologisk Institut) Redaktionsgruppe: Ditte Mikkelsen (Dansk Energi) Dorte Lindholm (Dansk Energi) Jørn Borup Jensen (Dansk Energi) Udgiver: Dansk Energi Design: Nectar Kbh Tryk: Clausen Grafisk Oplag: 5.000, 1. udgave 2014 ISBN nummer:

3 Forord Arbejdsmiljøets kvalitet i produktionslokaler har stor betydning for vores generelle sundhed og almen velbefindende. Derfor er det væsentligt, at der er en korrekt udformning af ventilationen i produktionslokaler. Både af hensyn til sundheden og af hensyn til driftsudgifterne. Ikke optimalt udformede ventilationsløsninger kan resultere i dårligt arbejdsmiljø og i unødigt store driftsudgifter. Den lille blå om industriel Procesventilation er et lettilgængeligt opslagsværk for alle, der arbejder med at realisere energibesparelser på nye og eksisterende industriventilationsanlæg. Bogen er tilegnet energirådgivere, rådgivende ingeniører, entreprenører, montører, installatører, teknisk ansvarlige i industrivirksomheder og andre, der arbejder med energieffektivisering af industrielle ventilationsanlæg. Endvidere kan bogen indgå som undervisningsmateriale. Det faglige indhold i bogen bygger i vidt omfang på resultaterne fra ELFORSK projektet , Energioptimering af procesventilation og udvikling af fleksible procesudsug til store industrielle emner, hvor flere områder er behandlet mere indgående. En lang række eksempler viser, hvordan bogens nøgletal og grafer anvendes i praksis. Dansk Energi håber, at Den lille blå om industriel Procesventilation kan være med til at give større viden på ventilationsområdet, kvalificere rådgivningen og blive et nyttigt værktøj og undervisningsmateriale. Bogen kan medvirke til at Danmark reducerer energiforbruget i ervhvervsvirksomheder. Hvis du vil vide mere Dansk Energi Rosenørns Allé Frederiksberg C Telefon de@danskenergi.dk. Du kan også kontakte dit lokale energiselskab. Klik ind på: God arbejds- og læselyst! Dansk Energi, ELFORSK Jørn Borup Jensen Ditte Mikkelsen Dorte Lindholm Forord 3

4 Indholdsfortegnelse 01 Forord Den lille blå om industriel Procesventilation Dimensioneringsværktøj Introduktion til industriel proces- og komfortventilation Termisk indeklima Atmosfærisk indeklima Behovsanalyse Typer af forureningskilder Uopvarmede (kolde) kilder (diffusionskilder) Små varmekilder (gasser, dampe og små partikler ved lille termisk konvektion) Store varmekilder (gasser og dampe ved stor termisk konvektion) Dynamiske kilder med partikler (dp 10 µm) med høj starthastighed Rutediagram for proces- og komfortventilationssystem Levetidsomkostninger...32 Proces- og komfortventilationssystemets principper Udsugningskomponenter Punktudsugning Udsugning efter omslutningsprincippet Udsugning efter modtagerprincippet Udsugning efter gribeprincippet Mobilt udsug Almen udsugning Indblæsningskomponenter Indblæsning i arbejdszonen Almen indblæsning Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer Energiforbrug til ventilationsaggregat Energiforbrug til opvarmning af luft Energiforbrug til køling af luft Energioptimal drift Styring og regulering Systematisk, energibevidst vedligehold VENT-ordningen Ventilationsprincipper Procesventilation Omslutningsprincippet Modtagerprincippet Gribeprincippet (herunder push-pull) Mekanisk opsamling Simpel udsugning Valg af procesventilationsprincip Komfortventilation Opblandingsprincippet (fortyndingsventilation) Fortrængningsprincippet Energimærkning Udviklingsprojekter ELFORSK Energieffektiv procesudsugning fra kehlemaskiner (Projekt nr ) Tomgangsbegrænsende styringsudrustning på industrisugere (Projekt nr.: ) Udvikling af metodikker til elbesparende ventilation i områder med risiko for brand eller farlige dampe (Projekt nr )...140

5 Reduceret energiforbrug til basisventilation i tung procesindustri (Projekt nr ) Energioptimering af procesventilation og udvikling af fleksible procesudsug til store industrielle emner (Projekt nr ) EUDP Sugearm til energieffektiv procesudsugning (Projekt nr ) Tjekliste gode råd Regler og lovgivning At-vejledning A om ventilation på faste arbejdssteder At-vejledning A.1.2 om indeklima At-vejledning A.1.11 om arbejdsrum på faste arbejdssteder At-vejledning A.1.12 om temperaturer i arbejdsrum på faste arbejdssteder At-vejledning A.1.14 om planlægning af faste arbejdssteders indretning At-vejledning C.0.1 grænseværdier for stoffer og materialer Bekendtgørelse nr. 302 af 13/05/1993, Bekendtgørelse om arbejde med kodenummererede produkter Bekendtgørelse nr. 96 af 13/02/2001, Bekendtgørelse om faste arbejdssteders indretning Andre kilder Den lille blå om industriel Procesventilation Et korrekt valg af ventilationsprincip samt hensigtsmæssig opbygning af indblæsnings- og udsugningssystemerne er en vigtig faktor for at opnå et tilfredsstillende indeklima, såvel termisk som atmosfærisk, i produktionslokaler. Det kan derfor være en hjælp at have nogle retningslinjer for at sikre personer og arbejdsprocesser acceptable forhold. Kravene til indeklimaet er talrige, og der anvendes ikke altid standardløsninger. Det udelukker ikke, at der kan anvendes en vis metodik, til opstilling af nogle ensartede retningslinjer, der kan genanvendes. Når en virksomhed, entreprenør eller installatør står overfor at skulle installere eller renovere et proces- og komfortventilationssystem, er der brug for rådgivning om, hvilket anlæg der skal vælges af praktiske og økonomiske hensyn. Her vil Den lille blå være et godt redskab. Det vil den også være, når energiselskaberne skal varetage deres energispareforpligtigelse med at rådgive forbrugere om fordelene ved at reducere energiforbruget. Bogen er et opslagsværk mht. nøgletal og principløsninger og vil bidrage til at styrke viden om: Regler, love og bekendtgørelser, der er relevante for proces- og komfortventilationsanlæg, eksempelvis Arbejdstilsynets bekendtgørelser og vejledninger vedrørende ventilation på faste arbejdspladser samt grænseværdier Dimensioneringsmæssige forhold når man står overfor at skulle installere eller renovere et proces- og komfortventilationssystem De energimæssige og totaløkonomiske konsekvenser ved installation af egnede proces- og komfortventilationssystemer 2.1 Dimensioneringsværktøj I tilknytning til bogen er der udviklet et webbaseret dimensioneringsværktøj på: 02 Den lille Blå om Industriel Procesventilation 7

6 03 3 Introduktion til industriel proces- og komfortventilation Formålet med industrielle proces- og komfortventilationssystemer er at skabe et tilfredsstillende indeklima for de personer der opholder sig i produktionslokalet samt i visse tilfælde at opfylde proceskrav med hensyn til luftens renhed. Lugt, fugt, varme, røg, partikler og kemiske stoffer er alle miljøfaktorer, der påvirker indeklimaet. Personer opholder sig størstedelen af tiden indendørs, derfor er det vigtigt for personernes sundhed og livskvalitet, at indeklimaet i lokalerne er tilfredsstillende. Konsekvenserne af dårligt indeklima kan vise sig som nedsat velbefindende og arbejdsevne. I værste fald kan et dårligt indeklima give svære lidelser. 3.1 Termisk indeklima Personers termiske opfattelse af omgivelserne er afhængig af følgende faktorer: Beklædningens varmeisolering i clo Aktivitetsniveauet i met Lufttemperaturen i C Middelstrålingstemperaturen i C Lufthastigheden i m/s Endvidere er den termiske komfort påvirket af uønsket lokal opvarmning/afkøling på de enkelte kropsdele forårsaget af: Vertikal temperaturgradient Kolde eller varme gulve Asymmetrisk temperaturstråling I tabel 3.1 ses eksempler på aktivitetsformer og dertil hørende aktivitetsniveauer i met. 03 Personer reagerer ofte forskelligt på de samme påvirkninger. Nogle er f.eks. mere følsomme over for kulde og træk, og andre påvirkes lettere af støv. Typiske symptomer på dårligt indeklima er: Kulde og træk Overophedning Dårlig lugt Hovedpine og træthed Irritation i øjne, næse og hals Kvalme og svimmelhed Udslæt, rødme og kløe i huden Indeklimaet kan opdeles i: Termisk indeklima Atmosfærisk indeklima Aktivitetsformer [met] Hvilende 0,8 Stillesiddende aktivitet (kontor, hjem, skole, laboratorium) Middelstor fysisk aktivitet (tungt arbejde ved maskine, værkstedsarbejde) Tabel 3.1. met-værdier ved forskellige aktivitetsformer. 1,2 2,0 DS/CEN/CR 1752 Ventilation i bygninger Projekteringskriterier for indeklimaet, specificerer tre forskellige kategorier af kvalitet af det termiske indeklima, som kan vælges opfyldt, når et lokale skal ventileres. Kategori A imødekommer et højt forventet niveau, kategori B et middel forventet niveau og kategori C et moderat forventet niveau (se tabel 3.2). Hver kategori foreskriver en maksimal forventet procentdel af utilfredse for kroppen som helhed og for fire typer af lokalt ubehag. 8 Introduktion til industriel proces- og komfortventilation Introduktion til industriel proces- og komfortventilation 9

7 03 Kvaliteten af det termiske indeklima afhænger af følgende fem faktorer: 1. Den operative temperatur, som er middelværdien af luft- og middelstrålingstemperaturen. Middelstrålingstemperaturen defineres som en vægtet gennemsnitstemperatur af de tilstødende overfladers temperatur. Vægtningen foretages som vinkelforholdet mellem person og overflade. For mange typer af industribygninger eller -haller med moderate opvarmnings- eller kølebehov vil lufttemperaturen tilnærmelsesvis være lig med den operative temperatur 2. Luftens middelhastighed i opholdszonen (træk) 3. Den vertikale lufttemperaturgradient, som er forskellen i lufttemperaturen mellem 0,1 og 1,1 meter over gulv 4. Gulvets overfladetemperatur 5. Strålingsasymmetri, forårsaget af varmt loft eller kolde vægge (vinduer). Strålingsasymmetri defineres som forskellen mellem den plane strålingstemperatur på de to modsatte sider af et plan gennem personens tyngdepunkt. Gulvets Strålingsasymmetri overfladetemperatur [ C] Varmt loft Kold væg Koldt loft Varm væg Vertikal lufttemeraturgradient [ C] Kategori <23 <23 <35 <14 <14 <18 <10 <10 <13 <5 <5 < <2 <3 <4 A B C Tabel 3.2. Krav til kvalitet af indeklimaet for de tre forskellige indeklimastrategier. Kategori A imødekommer et højt forventet niveau, kategori B et middel forventet niveau og kategori C et moderat forventet niveau Introduktion til industriel proces- og komfortventilation Introduktion til industriel proces- og komfortventilation 11

8 I figur 3.1 ses optimale operative temperaturer som funktion af aktivitet og beklædning for kategori A. I DS/CEN/CR 1752 ses tilsvarende figurer for kategori B og C. I figur 3.2 ses, for kategori A, den tilladelige middellufthastighed som funktion af lokal lufttemperatur og turbulensintensitet. DR er trækvurderingen, dvs. procentdelen af utilfredse på grund af træk. 03 AKTIVITET met ISOLANS m 2 o C/W KATEGORI A; PPD < 6% OPTIMAL OPERATIV TEMPERATUR ±0.5ºC ±1.0ºC ±1.5ºC ±2.0ºC TILLADELIG VARIATION W/m VARMEAFGIVELSE Turbulensintensiteten, som er forholdet mellem standardafvigelsen på lufthastigheden og middellufthastigheden, afhænger meget af det indblæsningsprincip og de indblæsningsarmaturer der benyttes. Som hovedregel gælder følgende: Opblandingsventilation: Turbolensintensiteten ca. 40 % (ligger typisk mellem 30 og 60 %) Fortrængningsventilation: Turbolensintensiteten ca. 20 % (ligger typisk mellem 10 og 30 %) BEKLÆDNING Figur 3.1. Optimale operative temperaturer som funktion af aktivitet og beklædning for kategori A. Eksempel 1 Optimal operativ temperatur Ved et aktivitetsniveau på 1,2 met (svarende til stillesiddende aktivitet) og en varmeisolering af beklædningen på 1,0 clo (jakke, bukser, skjorte, underbukser, sokker og sko) ses, i figur 3.1, at den optimale operative temperatur er ca. 22 C. Endvidere ses, at den menneskelige varmeafgivelse kan aflæses til 70 W/m 2, og at isolansen for beklædningen er 0,155 m 2 C/W. clo MIDDELLUFTHASTIGHED m/s TURBULENSINTENSITET 0% Fortrængningsventilation Opblandingsventilation KATEGORI A (DR = 15%) 10% LUFTTEMPERATUR 20% 40% 60% o C Figur 3.2. Tilladelig middellufthastighed som funktion af lokal lufttemperatur og turbulensintensitet for kategori A. DR er trækvurderingen, dvs. procentdelen af utilfredse på grund af træk og beklædning. Selvom kriterierne vedrørende optimal operativ temperatur er opfyldt, kan det forventes at et antal personer er utilfredse. Dette skyldes ubehag fra lokal afkøling/opvarmning på kroppen, som kan være forårsaget af træk (uønskede luftbevægelser), asymmetrisk strålingstemperatur (kolde vinduer, opvarmede lofter), forskelle i lufttemperatur mellem hoved og fødder eller varme og kolde gulve. Derfor må der sættes yderligere vurderingskriterier for disse parametre. Eksempel 2 Middellufthastighed Ved en lufttemperatur på 22 C og en turbulensintensitet på 40 % (opblandingsventilation) ses, i figur 3.2, at middellufthastigheden maks. må være 0,15 m/s. Ved samme lufttemperatur og en turbulensintensitet på 20 % (fortrængningsventilation) ses, at middellufthastigheden maks. må være 0,18 m/s. Ved den samme lufttemperatur tillades derfor en højere lufthastighed ved fortrængningsventilation. 12 Introduktion til industriel proces- og komfortventilation Introduktion til industriel proces- og komfortventilation 13

9 Atmosfærisk indeklima Personers opfattelse af det atmosfæriske indeklima afhænger af følgende faktorer: Lugte Støv og fibre Gasser og dampe Relativ fugtighed For at opretholde et tilfredsstillende atmosfærisk indeklima er det nødvendigt med tilførsel af en vis mængde udeluft samt udsugning af en vis mængde rumluft. Ved sundhedsfarlige forureninger, som f.eks. eksplosive luftarter samt røg og dampe, er det nødvendigt at beregne den nødvendige tilførsel af udeluft, efter disse kriterier. Den ønskede luftkvalitet skal naturligvis vælges under hensyntagen til gældende grænseværdier. Atmosfærisk indeklima omhandler indeluftens renhed, oftest udtrykt ved koncentrationen af luftens forurenende komponenter. Koncentrationen kan være konstant (stationære forhold) eller den kan variere med tiden fordi forureningen opstår og forsvinder i forskellig takt. 03 Ved ikke-sundhedsskadelig forurening, f.eks. ubehagelige lugte fra processer eller fra menneskelige aktiviteter, kan ventilationsbehovet bestemmes på basis af Arbejdstilsynets vejledning Grænseværdier for stoffer og materialer, Bygningsreglementet BR 10 eller DS/CEN/CR Fortyndingsligningen beskriver den forurenede rumlufts fortynding eller koncentration ved indblæsning af ren (eller mindre forurenet) luft til fortynding af rumluften. Fortyndingsligningen (fortynding efter uendelig lang tid) skrives således: DS/CEN/CR 1752 specificerer tre forskellige kategorier af kvalitet af det atmosfæriske indeklima, som kan vælges opfyldt, når et lokale, forurenet med menneskelig forurening (bioeffluenter), f.eks. CO 2, vanddamp og lugte med udåndingsluften, skal ventileres. Den ønskede oplevede luftkvalitet i et lokale kan vælges blandt de tre kategorier A, B og C vist i figur 3.3. OPLEVET LUFTKVALITET % UTILFREDSE 60 % Kategori C Kategori B Kategori A I/s standardperson VENTILATIONSRATE (q) Figur 3.3. Utilfredshed hos en standardperson (en olf) ved forskellige ventilationsrater. c = c e + q m V hvor: c er indeluftens koncentration i mg/m 3 c e er udeluftens koncentration i mg/m 3 q m er den tilførte forurening i mg/h V er volumenstrømmen i m 3 /h Indeluftens koncentration skal være lavere end gældende grænseværdier (GV) fra Arbejdstilsynet, dvs. c < GV. Fordampning beregnes ud fra udtrykket: q m = A (x 1 x 2 ) a f hvor: q m er fordampet vand i kg/s A er vandoverfladen i m 2 x 1 er vandindholdet i mættet luft ved vandoverfladens temperatur i kg/kg x 2 er luftens vandindhold i kg/kg a f er fordampningstallet i kg/m 2 s 14 Introduktion til industriel proces- og komfortventilation Introduktion til industriel proces- og komfortventilation 15

10 03 Fordampningstallet kan med tilstrækkelig nøjagtighed bestemmes af: a f = hvor: v 3600 v er lufthastigheden ved væskeoverfladen i m/s Eksempel 3 Fortyndingsligningen I en galvanoafdeling på en maskinfabrik foregår der affedtning af metaldele. Affedtningen sker i et galvanobad med 15 % HCL (Hydrogenchlorid - saltsyre) og væskens temperatur er 30 C. Galvanobadets væske flade areal A væske er 8,4 m 2 (1,4 m 6 m). Lokaletemperaturen er 16 C og den relative fugtighed RF er 50 % i opvarmningssæsonen. Lufthastigheden v ved væskeoverfladen er 0,1 m/s. Fordampningen af vand q m (H 2 O) fra væskeoverflade i g/h kan bestemmes vha. nedenstående udtryk: > Eksempel 3 Ved 30 C og en koncentration på 15 % er partialtrykket for saltsyre 10,4 kpa. Partialtrykket for vand er kpa ved 30 C. Fordampningen af HCL er således: q m (HCL)=4.745 g/h =11, mg/h 10,4kPa 11,8 g/h kpa Ifølge Arbejdstilsynets grænseværdiliste er grænseværdien for HCL 7 mg/m 3. Nedenfor beregnes minimums friskluftmængden (volumenstrømmen), idet koncentrationen i middel skal holdes på 1/20 del af grænseværdien. Dette både af hensyn til arbejdsmiljøet, men også af hensyn til bygningskonstruktionen og inventar. I andre tilfælde kan man, når dampene ikke er så aggressive, typisk vælge en sikkerhedsfaktor på 1/5. 03 x 1 = ,1 kg/m 2 s 3600 Udeluftens koncentration (c e ) af HCL sættes til 0, og volumenstrømmen bliver: = 0, kg/m 2 s q m = 8,4 m 2 (27000 kg/kg 6000 kg/kg) 0,0075 kg/m 2 s = kg/s = g/h Det skønnes at forholdet mellem fordampningen af saltsyre og vand svarer til forholdet mellem partialtrykket p for henholdsvis saltsyre og vand. phcl q m (HCL) = ph O 2 q m (H 2 O) hvor: p HCL og p H2O er partialtryk i kpa q m V = c (1/20) V = 11,8 103 mg/h = m3 /h 7 mg/m 3 (1/20) Som det ses, skal der benyttes en stor friskluftmængde for at fortynde forureningen til den ønskede koncentration. I afsnit 6.1 ses et eksempel på hvorledes friskluftmængden kan reduceres betydeligt, ved anvendelse af et egnet punktudsug. 16 Introduktion til industriel proces- og komfortventilation Introduktion til industriel proces- og komfortventilation 17

11 04 4 Behovsanalyse I afsnittet beskrives, hvorledes der kan foretages en analyse af behovet for industriel procesog komfortventilation i en industrihal med én eller flere forureningskilder. Med udgangspunkt i forureningskilderne bliver det ved hjælp af behovsanalysen muligt at vælge det mest hensigtsmæssige ventilationsprincip og indblæsnings- og udsugningssystem. Ved hjælp af et rutediagram (figur 4.10) gennemgås trin for trin, hvilke analyser, der skal gennemføres, før det rigtige valg af installation kan træffes. Praktiske erfaringer viser, at energibevidst projektering, herunder en ordentlig udført behovsanalyse, vil forhindre senere omkostningskrævende ændringer i valg af system, anlæg og reguleringsform m.v. Når en virksomhed står over for at skulle installere et proces- og komfortventilationsanlæg, er det nødvendigt, at der først foretages en karakteristik af den eller de forureningskilder, der findes i lokalerne. Karakteriseringen af forureningskilden eller -kilderne skal indeholde vurderinger af hvilke og hvor store forureningsmængder, der afgives. Karakteriseringen skal endvidere indeholde vurderinger af, hvorledes forureningerne spredes samt hvilke ydre faktorer, der har indflydelse på spredningen. Endelig skal karakteriseringen vurdere eventuelle varmeafgivelser og deres indflydelse på det termiske indeklima. I afsnit 4.1 gennemgås de forureningskilder, der typisk findes i industrien. Når der er foretaget en karakteristik af forureningskilden eller -kilderne, er næste skridt i behovsanalysen at vurdere, hvorledes de til lokalerne afgivne forureningsmængder kan reduceres mest muligt. 04 Kravene til proces- og komfortventilation i industrien er fastsat af Arbejdstilsynet. Arbejdstilsynets regler om faste arbejdssteders indretning angiver, at der skal etableres en mekanisk udsugning ved arbejdsprocesser, der udvikler luftarter, støv eller lignende, som er sundhedsskadelige, eksplosive, udvikler røg, mikroorganismer, aerosoler, ildelugt eller anden generende luftforurening. Udsugningen skal så vidt muligt fjerne forureningen på det sted, hvor den udvikles, og samtidig tilføre frisk erstatningsluft af passende temperatur (procesventilation). Procesventilation skal, så vidt muligt, etableres med procesudsugningen i direkte tilknytning til den forurenende arbejdsproces - det vil sige punktudsugning. Først skal det vurderes, om det er hensigtsmæssigt at foretage en total indkapsling af forurenings- og varmekilderne. En total indkapsling er altid den bedste løsning med hensyn til arbejdsmiljøet, men kan sjældent anvendes på grund af overvågning og arbejdsprocessens manuelle dele. Hvis det ikke er muligt at foretage en total indkapsling, bør det undersøges, om en delvis indkapsling er mulig. Læs mere i afsnit Hvis en total eller delvis indkapsling ikke er mulig, skal det vurderes hvilket ventilationsprincip, der vil være bedst egnet. Her skal der tages hensyn til forureningens naturlige bevægelsesmønster, hvorledes forureningen spredes samt hvilke ydre faktorer, der har indflydelse på spredningen, og om faktorerne kan reduceres eller ændres. Selv om punktudsugningen er så effektiv som mulig i forhold til arbejdsprocessen, kan forureningen måske alligevel, på grund af sin eller arbejdsprocessens art, slippe forbi punktudsugningen og spredes til rummet. I de tilfælde vil der normalt være behov for at etablere rumventilation som supplement til punktudsugningen. 18 Behovsanalyse Behovsanalyse 19

12 04 Afhængig af type forureningskilde, kan der vælges mellem fire udsugningsprincipper: Modtagerprincip Gribeprincip Mekanisk opsamling Simpel udsugning Når der er valgt udsugningsprincip, skal der vælges et egnet og understøttende indblæsningsprincip. Afhængig af hvilken type forureningskilde der er tale om, kan der vælges mellem fire indblæsningsprincipper Uopvarmede (kolde) kilder (diffusionskilder) Uopvarmede (kolde) kilder er karakteriseret ved, at forureningen (det drejer sig primært om gasser og dampe men i nogle tilfælde også partikler) spredes ved diffusion i den omgivende luft i alle retninger fra f.eks. dampe fra en malesprøjteproces (se figur 4.1) eller partikler fra en pulverlakeringsproces. 04 Opblandingsprincip Dyse indblæsning Fortrængningsprincip Lokal lav impuls indblæsning Når der er foretaget et, eller i mange tilfælde, flere valg af udsugnings- og indblæsningsprincipper, skal der vælges optimale udsugnings- og indblæsningskomponenter. De dimensionerede udsugende og indblæste luftmængder bestemmes, og temperaturen på indblæste luftmængde skal tillige bestemmes. 4.1 Typer af forureningskilder I det følgende beskrives de forskellige forureningskilder, der typisk findes i industrien, og hvordan forureningen spredes. Spredning af forurening i luft kan inddeles efter: Uopvarmede (kolde) kilder (diffusionskilder) Varme kilder (store/små) Dynamiske kilder (partikler med høj starthastighed) Figur 4.1. Sprøjtemaling. 20 Behovsanalyse Behovsanalyse 21

13 Et andet eksempel på en uopvarmet kilde er et åbent kar, f.eks. bejdsekar (se figur 4.2), hvor afdampningen eller diffusionen sker fra overfladen. De uopvarmede gasser og dampe blander sig med den omgivende luft og skal fjernes så tæt på kilden som muligt for at undgå spredning af forureningen og for at minimere den udsugede luftmængde. Gasserne og dampene er lette at bortsuge da de bevæger sig med udsugningsluften. Det er vigtigt, at udsuget placeres på en sådan måde, at udsugningsluften, der indeholder gasser og dampe, så vidt muligt ikke kommer ind i operatørens indåndingszone. 04 Nogle dampe er dog tungere end luft og vil søge ned mod en flade (bord eller gulv) og sprede sig ud over denne. Dette skal der tages hensyn til, når punktudsuget skal designes Små varmekilder (gasser, dampe og små partikler ved lille termisk konvektion) Små varmekilder (punktkilder) er karakteriseret ved at forureningen (gasser, dampe og små partikler respirable og grovere partikler) spredes ved naturlige konvektionsstrømninger (termisk opdrift) omkring den termiske belastning (varme overflade). 04 Det gælder f.eks. for svejse- og loddeprocesser, som typisk håndteres ved mindre arbejdsborde (se figur 4.3) samt andre processer med varmeudvikling som f.eks. kan være drejning eller fræsning af metal (se figur 4.4), hvor der tillige benyttes køle-smøremidler, og hvor der kan dannes olietåger (dampe). Figur 4.2. Bejdsning af emne i kar. Spredningen af forureningen afhænger af hastigheden og turbulensen af den omgivende luft. Afdampningen eller diffusionen sker fra overfladen. Mange gasarter og dampe udgør et sundhedsmæssigt problem, og visse udgør tillige sammen med luft en eksplosionsfare. Der er f.eks. tale om metanol, ethanol, acetone, ammoniak, benzen, butan og en lang række andre gasser. Figur 4.3. Svejseproces. 22 Behovsanalyse Behovsanalyse 23

14 Store varmekilder (gasser og dampe ved stor termisk konvektion) Store varmekilder og dermed store termiske belastninger giver anledning til naturlige konvektionsstrømninger omkring den termiske belastning, således at der dannes en kraftig opdrift omkring kilden. Forureningerne fra store varmekilder er gasser og dampe samt i nogle tilfælde små partikler. Et eksempel på en stor varmekilde er en smelteproces (se figur 4.5), hvor flydende jern tappes ud på forme for at blive nedkølet. 04 Figur 4.4. Fræsning af metal. Spredningen af forureningen afhænger i betydelig grad af turbulensen af den omgivende luft. Typisk er disse processer dog placeret i lokaler, hvor luftbevægelserne er rolige. De opvarmede gasser og dampe samt små partikler vil, på grund af den termiske opdrift, stige til vejrs. De skal fjernes så tæt på kilden som muligt for at undgå spredning og for at minimere den udsugede luftmængde. Det vil derfor være hensigtsmæssigt at placere udsuget over processen, men det er ofte ikke muligt, da operatøren har brug for fri tilgang til objektet (udsuget må ikke sidde i vejen). Derfor vil udsuget ved denne type processer ofte være placeret bagved kilden i en 45 hældning. Se endvidere afsnit 6.1. Figur 4.5. Smelteproces. 24 Behovsanalyse Behovsanalyse 25

15 Et andet eksempel på en stor varmekilde er et åbent kar, f.eks. varmforzinkningskar (se figur 4.6), hvor afdampningen sker fra overfladen. d x v x,q vx Figur 4.7. Skematisk billede af naturlig konvektion over en koncentreret varmekilde. 04 x 04 d Figur 4.6. Varmforzinkningskar. Strømningsbilledet omkring en termisk belastning er vist i figur 4.7. Her ses, at strømningsmønsteret har karakter af en stråle. Hastigheden i lav højde over kilden er konstant i kildens diameter. I den lave højde er strålen også ganske snæver, mens den på vej op medriver luft fra omgivelserne, hvorfor bredden vokser. Når der er tale om termiske kilder, som i sig selv skaber et strømningsmønster opnås de laveste energiforbrug til udsug, hvis dette selvskabte strømningsmønster udnyttes. Derfor er det fordelagtigt at anvende modtagerprincippet (se afsnit 5.1.2), hvor der placeres en sugehov direkte over kilden. Udformning og placering af sugehoven behandles nærmere i afsnit 6.1. Store varmekilder har som oftest høje overfladetemperaturer (over 50 C). Dette giver ofte anledning til et dårligt indeklima med for høj termisk påvirkning af personer. Problemet kan fjernes ved indkapsling eller strålingsafskærmning af varmekilden (se afsnit 5.1). Hvis dette ikke er muligt, kan der f.eks. etableres lokal lavimpuls indblæsning (se afsnit 5.3.2). 26 Behovsanalyse Behovsanalyse 27

16 4.1.4 Dynamiske kilder med partikler (d p 10 μm) med høj starthastighed Her forstås industrielle processer, hvor der udvikles eller frigives partikler med høj starthastighed, f.eks. ved polering, slibning, fræsning eller andre bearbejdningsprocesser (se figur 4.8 og 4.9) Figur 4.9. Kantpudser. En partikel, der emitteres ud i den omgivende luft, vil bevæge sig et vist stykke før den bremses af luftmodstanden (stoplængde). Luftmodstanden har stor effekt på især små partikler. Partikler i størrelser der er lungeskadelige, er så små (d p 10 μm), at de standses hurtigt i den omgivende luft, og kan let opsuges uanset partiklernes bevægelsesretning fra kilden. Større, tungere partikler (d p 10 μm) kan bevæge sig op til ca. 1 meter fra kilden som følge af starthastigheden, og punktudsug for disse partikler skal derfor indrettes, så der tages hensyn til partiklernes bevægelsesretning. Figur 4.8. Slibning af aluminiumsemne. Spredningen af forureningen afhænger i betydelig grad af uønskede tværstrømninger i lokalet. Uønskede tværstrømninger kan komme fra køleblæsere, indblæsningsarmaturer, varmekaloriferer, åbne porte, døre, vinduer m.m. Dette skal der tages hensyn til, når punktudsuget skal designes og dimensioneres. Set i det lys bør det altid overvejes, om arbejdssteder kan placeres gunstigt og afskærmes fra tværstrømninger f.eks. ved etablering af halvvægge eller lignende. 28 Behovsanalyse Behovsanalyse 29

17 4.2 Rutediagram for proces- og komfortventilationssystem Figur Forløbet ved behovsanalyse. Hvilke analyser, som skal gennemgås før det rigtige valg af installation kan træffes. Udsugningssystem Indblæsningssystem Hvilken type eller typer af forureningskilder er der tale om? Uopvarmede (kolde) kilder (diffusionskilder) Eksempler: Sprøjtemaling Bejdsning Små (punkt) varmekilder Eksempler: Svejsning Fræsning (metal) Store varmekilder Eksempler: Smeltning Varme bade Er det hensigtsmæssigt og muligt at foretage en total eller delvis indkapsling af en eller flere af forureningskilderne? (Følg enten ja eller nej) JA NEJ NEJ NEJ Vælg et af følgende principper: Vælg et af følgende principper: Vælg et af følgende principper: Gribeprincippet Simpel udsugning Modtagerprincippet Gribeprincippet Simpel udsugning Modtagerprincippet Gribeprincippet Simpel udsugning Valg af udsugningskomponenter Dimensionering af udsuget luftmængde Hvilket indblæsningsprincip vil være bedst egnet? Fortrængningsprincippet eller lavimpuls indblæsning Fortrængningsprincippet eller lavimpuls indblæsning Fortrængningsprincippet eller lavimpuls indblæsning Valg af indblæsningskomponenter Dimensionering af indblæst luftmængde og indblæsningstemperatur Dynamiske kilder Eksempler: Slibning (træ) Pudsning (træ) Vælg et af følgende principper: Mekanisk opsamling Gribeprincippet Opblandingsprincippet 30 Behovsanalyse Behovsanalyse 31

18 Levetidsomkostninger Ventilationsanlæg leveres ofte i totalentreprise, hvilket giver entreprenøren gode muligheder for at påvirke energiforbruget. Det er vigtigt, at bygherren eller virksomheden, den projekterende og leverandøren gennem hele projektforløbet holder tæt kontakt, især i de indledende faser hvor frihedsgraderne er størst. Entreprenøren kan gøres til en medspiller i den energibevidste projektering. I udbudsmaterialet kan man kræve, at ventilationsentreprenøren specificerer alternative energieffektive ventilationsløsninger og disses eventuelle merinvesteringer og tilbagebetalingstider. Under og efter indgåelse af kontrakt med entreprenøren er det vigtigt, at virksomheden eller dennes energigransker løbende holder sig i tæt dialog med entreprenøren for at fastholde fokus på energieffektive løsninger under entreprisens detailprojektering og udførelse. En bygherre eller virksomhed der overvejer at installere et proces- og komfortventilationsanlæg, har brug for at entreprenøren udarbejder et tilbud som indeholder beregninger af levetidsomkostningerne (LCC-beregning) forbundet med installation og drift af alternative typer anlæg. I beregningen af levetidsomkostningerne indgår de samlede omkostninger til investering og installation samt omkostningerne til energiforbrug og vedligeholdelse i hele anlæggets levetid. Tilbuddet med beregninger af levetidsomkostningerne for tre alternative anlæg danner et godt beslutningsgrundlag for bygherren. Tilbuddet vil således vise hvilken løsning, der giver bygherren mest for pengene (i hele anlæggets levetid). I tabel 4.1 er vist et eksempel på beregning af levetidsomkostninger for tre alternative anlæg til fjernelse af samme forurening. De tre alternativer er udregnet på baggrund af en saltsyreforurening (HCL), som er beregnet i eksempel 3. Erstatningsluften opvarmes via naturgas for alle tre alternativer. Skabelonen i tabellen kan anvendes i forbindelse med energibevidst indkøb og projektering. I tabellen kan tilbudsgiveren indtaste data vedr. anlægsudgifter. Der er endvidere mulighed for at indtaste energiomkostninger samt udgifter til drift og vedligeholdelse i hele anlæggets levetid Behovsanalyse Behovsanalyse 33

19 04 04 Eksempel 4 LCC-beregninger på tre alternative proces- og komfortventilationsanlæg LCC-beregning (Life Cycle Cost) LCC = C ic + C e + C m Udfyldes af tilbudsgiver Enhed Alternativ 1 Alternativ 2 Alternativ 3 Proces- og - Fortyndingsventilation Spalteudsug Push-pull komfortventilationssystem - Naturgas Naturgas Naturgas Energiinput (brændsel) Anlægsudgifter m.m. Procesventilation [Kr.] Komfortventilation [Kr.] Anlægspris i alt (C ic ) [Kr.] Levetid og energipriser Anlæggets levetid [år] Varmepris [Kr./kWh] 0,6 0,6 0,6 Elpris [Kr./kWh] 0,8 0,8 0,8 Driftsudgifter Varmeforbrug [MWh/år] 216,4 130,3 16,0 Elforbrug [kwh/år] Luftmængde [m3 /h] Faste afgifter [Kr./år] Energiomkostninger i alt i [Kr.] anlæggets levetid (C e ) Service- og vedligehold Service og vedligeholdelses- [Kr.] omkostninger i anlæggets levetid (C m ) LCC Life Cycle Cost LCC = C ic + C e + C m [Kr.] Tabel 4.1. Tabel med LCC-beregninger med tre alternative proces- og komfortventilationssystemer som kan anvendes i forbindelse med energibevidst indkøb og projektering. De tre alternativer er udregnet på baggrund af en saltsyreforurening (HCL), som er beregnet i eksempel 3. Erstatningsluften opvarmes via naturgas for alle tre alternativer. 34 Behovsanalyse Behovsanalyse 35

20 05 5 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipperne kan opdeles i tre hovedgrupper: 1. Procesventilation Procesventilation omhandler lokal ventilation (udsugning) fra processen. Procesventilationen skal hindre forureninger og varme i at trænge ud i selve arbejdslokalet, så komfortventilationen må øges betydeligt. 2. Komfortventilation Komfortventilation omhandler ventilation af arbejds- og opholdszonen. Komfortventilationen skal opretholde et indeklima, som er tilfredsstillende for personer, og samtidig opfylde processens krav til temperatur og eventuelt relativ fugtighed. 3. Renrumsventilation Renrumsventilation omhandler ventilation af rum eller zoner, hvor der ønskes et særligt lavt antal partikler i rumluften og eventuelt også lav eller ingen mikrobiel (bakterier) aktivitet. Omslutningsprincippet anvendes primært i forbindelse med udsugning fra processer, hvor der udvikles dampe/gasser, der kan være sundhedsskadelige, og hvor det derfor er vigtigt at udsugningen er meget effektiv, f.eks. i forbindelse med maleprocesser. Derudover anvendes omslutningsprincippet ved varmeafgivende processer som f.eks. smeltning. Ved omslutningsprincippet kan der være tale om: Total indkapslet proces Delvist indkapslet proces Total indkapslet proces Set i forhold til udsugningseffektivitet og energiforbrug er det bedst at indkapsle den forurenende proces. Der skal kun opretholdes et svagt undertryk i indkapslingen for at fjerne forureningen effektivt, og den udsugede luftmængde kan derved være meget lille. I visse tilfælde vil det være hensynet til varmeafgivelse, eksplosionsfare og minimum bærehastighed i kanalsystemet, som vil være dimensionerende for den udsugede luftmængde. Som eksempel kan nævnes drejebænke og plaststøbemaskiner. Se figur Procesventilation Der findes fem metoder eller principper, som kan anvendes ved procesventilation: Omslutningsprincippet Modtagerprincippet Gribeprincippet Mekanisk opsamling Simpel udsugning Omslutningsprincippet Ved omslutningsprincippet er processen helt eller delvist indkapslet, og der suges fra indkapslingen, så forureningen ikke kommer ud i det omgivende lokale. Ofte vil det kun være nødvendigt at udsuge små luftmængder for at opretholde et lille undertryk i indkapslingen. Figur 5.1. Total indkapslet proces (lukkede kabinetter). 36 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 37

21 05 Delvis indkapslet proces Når det ikke er muligt at foretage en total indkapsling, kan processen indkapsles delvist, dvs. at den ene af de seks sider i indkapsling er helt eller delvist åben. Eksempler på delvis indkapsling er en malekabine og et stinkskab, hvor kun den side, der har front mod operatøren, er åben. I åbningen opretholdes tilstrækkelig hastighed til, at forureningen ikke undslipper udsugningen. Det er vigtigt, at udsugningen fra indkapslingen udformes, så der skabes en ensartet lufthastighed over hele det åbne areal. Indløbsforholdene (kanterne i indkapslingen) udformes, så forureningen holdes i indkapslingen, og hastigheden i det åbne areal holdes så lav som mulig (se figur 5.2). Delvis indkapsling af processen er den mest benyttede metode. Hvis der emitteres gasser/dampe eller partikler under isoterme forhold og med små hastigheder er placeringen af udsugningen ikke kritisk. Hvis der derimod er en betydelig termisk belastning vil den varme forurening (også kaldet termisk plumen) hurtigt stige til vejrs som følge af den termiske opdrift, og det kan være svært at indfange (gribe) forureningen. Det er endvidere forbundet med betydeligt energiforbrug, da der skal arbejdes mod de termiske kræfter. Derfor er udsugningen fra varme forureningskilder stort set altid placeret over kilden, idet den termiske opdrift selv bringer forureningen ind i udsugningen (se figur 5.3). 05 Figur 5.2. Delvis indkapslet proces (stinkskab) Modtagerprincippet Modtagerprincippet er bedst egnet til varme forureningskilder. Ved modtagerprincippet vil emitterede gasser, varme eller fine partikler bringes fra forureningsstedet og til udsugningen ved egen kraft, hvorfra de udsuges. Gasser og varme bringes til udsugningsstedet enten ved opdrift som følge af vægtfyldeforskel i forhold til den omgivende luft eller ved termisk opdrift, mens partikler bringes til udsugningen, hvis de er i bevægelse mod udsugningen. Der kan være tale om processer som f.eks. støbemaskiner, smelteovne/-kar, bade, svejseprocesser og stege-/kogeprocesser. Figur 5.3. Modtagerprincippet (smelteproces) Gribeprincippet (herunder push-pull) Gribeprincippet er bedst egnet ved uopvarmede forureningskilder. Ved gribeprincippet indfanges og fjernes forureningen fra en proces ved at skabe en så kraftig luftbevægelse ved forureningen at den ledes til udsugningen. Princippet bruges bl.a. til at fjerne træ- og metalstøv samt dampe fra processer. I nogle tilfælde er det på grund af pladsforhold nødvendigt at anvende gri- 38 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 39

22 05 beprincippet ved varme forureningskilder. Ved svejseprocesser er der tale om en kombination af gribe- og modtagerprincippet, da svejserøgen er varm og stiger til vejrs (se figur 5.4). Uanset hvilken type forurening der er tale om, er det altid vigtigt, at punktudsuget så vidt muligt er placeret, således at forureningens eventuelle bevægelse er rettet mod udsugningen. Desuden skal punktudsuget placeres så tæt på kilden som muligt, selvfølgelig under hensyntagen til udførelsen af arbejdsprocessen. Udsug efter gribeprincippet kan give anledning til høje udsugede luftmængder. Ud fra et energiøkonomisk og også arbejdsmiljømæssigt synspunkt bør udsugninger derfor udformes efter omslutnings- eller modtagerprincippet. Udsuget luftmængde q v ud Spalter Bad Indblæste luftmængde q v ind Figur 5.5. Push-pull system. Indblæsningsluften danner en plan stråle og strømmer over hele badet mod udsugningsspalten. Systemets funktion styres primært af indblæsningsstrålen, mens udsugningens funktion er at modtage og udsuge den forurenede luftstråle. Luftstrålen vil medrive rumluft under strømningen mod udsugningsåbningen, og volumenstrømmen i strålen ved udsugningen vil derfor være større end den indblæste volumenstrøm. 05 Figur 5.4. Gribeprincippet (svejsning). Vandret lufttæppe (Push-pull) Punktudsug ved åbne bade til beskyttelse af omgivelserne med forurenende dampe udføres mest effektivt med vandrette lufttæpper de såkaldte push-pull systemer. Et push-pull system består henholdsvis af indblæsningsspalter eller en række dyser og en udsugningsspalte, der begge skal dække hele badets længde. Se figur 5.5. Fordelen ved et push-pull system er, at indblæsningsstrålen kan opretholde høje lufthastigheder over store afstande, mens hastigheden foran en udsugningsåbning aftager meget hurtigt med afstanden fra åbningen. Push-pull systemer kan derfor transportere forureninger over relativt store afstande mod udsugningsåbningen og kontrollere forureningsafgivelsen i situationer, hvor det ellers ville være svært eller umuligt. En af ulemperne ved push-pull er, at store objekter vil afbryde strålen, når de sænkes i eller løftes op af badet og dermed ødelægge systemets funktion. Luftstrålen vil også forøge hastighedsog turbulensniveauet ved væskeoverfladen og dermed fordampningen og varmetabet fra varme bade. 40 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 41

23 5.1.4 Mekanisk opsamling Mekanisk opsamling er bedst egnet ved dynamiske forureningskilder og anvendes ved processer hvor der afgives store partikler (d p 10 μm), som spredes ved at de kastes eller blæses væk fra bearbejdningspunktet. Et eksempel på dette ses i figur 5.6, som viser en båndsliber. modtager- og gribeprincippet. Simpel udsugning kan ikke benyttes i forbindelse med dynamiske forureningskilder. Eksempelvis kan simpel udsugning ske fra tagventilatorer i et lokale med en smelteovn (se figur 5.7). 05 Punktudsuget er placeret og udformet således at partiklerne kastes ned i et gnistfang, hvor de samles i bunden. Mindre (respirable) partikler og dampe kastes også ned i gnistfanget og suges ud. 05 Figur 5.7. Simpel udsugning (tagventilatorer) fra en smelteovn markeret med pile. Figur 5.6. Mekanisk opsamling fra en båndsliber Simpel udsugning Simpel udsugning anvendes ved processer hvor der afgives dampe og gasser samt små partikler (d p 10 μm). Udsugningsprincippet anvendes i forbindelse med fortyndingsventilation. Forurening søges fortyndet med den indblæste ventilationsluft, og den forurenede luft suges ud med et simpelt udsugningssystem. Princippet benyttes ved både varme og uopvarmede forureningskilder, men er energimæssigt uegnet, da der udsuges meget store luftmængder sammenlignet med 5.2 Valg af procesventilationsprincip Energimæssigt har det stor betydning hvilket procesventilationsprincip der benyttes. Eksempelvis ses det i tabel 5.1, at det vil være uhensigtsmæssigt at benytte gribeprincippet i forbindelse med store varmekilder og dynamiske kilder (røde felter). For uopvarmede (kolde) kilder samt både små og store varmekilder kan det ikke anbefales at anvende simpel udsugning (mørkerøde felter). Det skyldes, at der skal bruges meget store udsugede luftmængder for at fjerne forureningerne. Dette medfører store elforbrug til drift af ventilatorerne. De hvide felter i tabel 5.1 indikerer, at ventilationsprincippet er uegnet til kildetypen. 42 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 43

24 05 VENTILATIONSPRINCIPPER Kildetype Omslutnings- Modtager- Gribe- Mekanisk Simpel princip princip princip opsamling udsugning Uopvarmede (kolde) kilder Små (punkt) varmekilder Store varmekilder Dynamiske kilder Lille Energiforbrug Stort Tabel 5.1. Sammenhængen mellem forureningskilde, ventilationsprincip og energiforbrug. De hvide felter indikerer, at princippet er uegnet til kildetypen. 5.3 Komfortventilation Dette afsnit adskiller sig fra procesventilation, da komfortventilation omhandler ventilering for at skabe passende klimatiske forhold og øge den termiske komfort for de personer, som arbejder med de industrielle processer. For at forbedre komfortventilationen skal det termiske og atmosfæriske indeklima forbedres med hensyn til luftens temperatur, fugtighed og luftens indhold af fremmede/skadelige stoffer og partikler. Ved komfortventilation er der to indblæsningsprincipper, som kan anvendes: Opblandingsprincippet Fortrængningsprincippet Opblandingsprincippet (fortyndingsventilation) Opblandingsprincippet tilstræber ens fordeling af varme og forurening i hele rummet. Opblandingsprincippet er anvendeligt på virksomheder med moderate forureningsemissioner og konvektionsstrømme fra processerne. Opblandingsventilation kaldes også fortyndingsventilation, da forureningen søges fortyndet med den indblæste ventilationsluft (se figur 5.8). Figur 5.8. Opblandingsprincippet. Ved kraftige forureningsemissioner er opblandingsprincippet ikke anvendeligt, da der skal indblæses betydelige mængder udeluft for at opnå en tilfredsstillende fortynding. Endvidere vil kraftige og store Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 45

25 05 konvektionsstrømme ødelægge strømningsbilledet i lokalet. Hvis der afgives megen varme fra processerne, bruges store luftmængder for at reducere temperaturen i arbejdszonen og er derfor ikke energimæssig velegnet ved kraftige forureningsemissioner og store konvektionsstrømme. Opblandingsprincippet er særdeles påvirkeligt overfor tværstrømme i bygningen. Tværstrømmene kan forårsage, at den indblæste luftmængde går direkte over i udsugene, dvs. der opstår kortslutning. Ved anvendelse af opblandingsprincippet kan der maks. fjernes en varmebelastning på 100 W/m 2. Opblandingsprincippet vil derfor med fordel kunne anvendes ved processer uden væsentlige varmeafgivere og emissioner. Eksempel 5 Procesudsug og indblæsning i malerhal til vindmølletårne Sprøjtemaling af store emner foregår normalt i en malerhal, se figur 5.9. På billedet ses en sektion af et vindmølletårn, som ligger klar til maling. Vindmølletårnets diameter kan være op til 6 m. Tårnet ligger på to rullefelter. Herved kan tårnet males fra den samme position (højde over gulvniveau). Vindmølletårnets maksimale længde er 40 m. Figur 5.9. Brug af poseindblæsning i stor hal, hvor vindmølletårne males. Udsugningen er placeret lige bagved vindmølletårnet. 05 Dyse indblæsning Visse bearbejdningsprocesser f.eks. maling af vindmølletårne kræver ensartet ventilering i hele længderetningen ofte med relativ store luftmængder. Opgaven kan løses ved at indblæse luft med dyser. Følgende fordele kan nævnes: En enklere, mere fleksibel og billigere installation i loftet idet der kun skal føres én hovedkanal op til indblæsningskanalen i modsætning til armaturindblæsning, som både kræver en hovedkanal og mange fordelingskanaler foruden selve armaturerne. Indblæsningskanalen er i mange tilfælde placeret tæt på loftet Der kan skabes en retningsbestemt indblæsning ned mod eksempelvis vindmølletårnet Indblæsningen sker med lav bevægelsesmængdeimpuls og uden stor turbulens Mulighed for efterfølgende at finjustere på luftretningen ved at dreje indblæsningsdyserne Udsugningen vil altid være ved gulvniveau eller i opholdszonen. I forbindelse med maling med kodenummererede produkter stilles der i bekendtgørelse BEK 302, 1993 krav til procesventilationen i sprøjtekabiner. Der er ikke defineret nogen øvre grænse for størrelsen af en sprøjtekabine. Derfor er malerhaller til store emner i praksis også omfattet af denne bekendtgørelse. Nedenfor ses kravene vedr. ventilation: Krav til ny sprøjtekabine 1. Kabinen skal have indblæsning af luft i hele loftets areal samt udsugning i gulvet i nærheden af sprøjtestedet. Der bør ikke være afskårne hjørner i loftet 2. Den indblæste luft skal kunne forvarmes i fornødent omfang 3. Kabinen skal være forsynet med både indblæsningsventilator og udsugningsventilator Fortsættes > 46 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 47

26 > Eksempel 5 > Eksempel Mængden af udsuget og indblæst luft, skal være af en sådan størrelsesorden, den lodrette lufthastighed er jævnt fordelt over hele kabinen og mindst 0,2 m/s, når der er placeret et emne i kabinen 5. Turbulens (utilsigtede luftbevægelser) skal minimeres 6. Der skal altid være mindst 1 m mellem emnet og kabinens loft og vægge Krav til eksisterende sprøjtekabine 1. Kabinen skal være forsynet med både udsugningsventilator og indblæsningsventilator 2. Mængden af udsuget og indblæst luft skal være af en sådan størrelsesorden, at der opnås en lufthastighed på mindst 0,2 m/s, når der er placeret et emne i kabinen 3. Den indblæste luft skal kunne forvarmes i fornødent omfang 4. Luftstrømmen skal føres den kortest mulige vej fra sprøjtestedet til udsugningsåbningen, så den forurenede luft ikke passerer operatørens åndedrætszone at sektionere hallen i passende ventilationszoner, som kan aktiveres og lukkes efter behov. Ligeledes kan forureningen effektivt fjernes, hvis der udformes en form for indkapsling af vindmølletårnet. Arbejdstilsynet skal godkende løsninger, som afviger fra bekendtgørelsen. Dokumentationen er ofte i form af CFD simuleringer. Den valgte indblæsning sker fra stofposer med sektioner af indblæsningshuller. Indblæsningen fra den store pose målrettes tårnet, som males, (til venstre) og indblæsningen fra den lille pose målrettes tårnet, som er færdigmalet (til højre). Der udsuges kun bagved tårnet som males. Se figur Hvis der males på tårnet til højre på tegningen aktiveres det andet sæt indblæsningsposer og der udsuges kun i højre side. Indblæsning fra den store pose er ca m 3 /h og indblæsning fra den lille pose er ca m 3 /h. 05 Kravet til en lodret nedadgående lufthastighed på 0,2 m/s, når der males manuelt af en operatør resulterer i kolossalt store luftmængder og tilhørende enorme driftsudgifter til opvarmning af kold erstatningsluft og el til drift af ventilatorer. Hvis kravet på de 0,2 m/s skal overholdes, kræver det en indblæst og udsuget luftmængde på: 0,2 m/s 8 m 40 m s/h = m 3 /h De 8 m fremkommer som vindmølletårnets diameter på 6 m plus 1 m til hver side. I de fleste tilfælde males der kun i en lille del af hallen ad gangen. Der er derfor en stor fordel ved Figur Indblæsning og udsugning ved vindmølletårn. Udsugningen er ca m 3 /h (1300 m 3 /h pr. løbende meter), dvs. der etableres et lille overtryk i hallen, som forhindrer forureninger fra tilstødende halsektioner. Fortsættes > 48 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 49

27 > Eksempel 5 > Eksempel 5 CFD simuleringerne (figur 5.12 og 5.14) viser forureningsspredningen fra det venstre tårn, som males. Figur Delvis indkapsling aktiveret. Figur Delvis indkapsling ikke aktiveret Figur CFD simulering delvis indkapsling aktiveret. Figur CFD simulering delvis indkapsling ikke aktiveret. I den første CFD simulering (figur 5.12) er den delvise indkapsling (flanger fremstillet af stof og monteret på væggen) ikke aktiveret. Det ses, at forureningen ikke bliver fanget i tilstrækkelig grad, men strømmer op langs væggen og hen under loftet. I uheldige tilfælde vil malingsrester dumpe ned på det andet tårn, hvilket er uacceptabelt. I den anden CFD simulering (figur 5.14) er den delvise indkapsling aktiveret, og det ses, at forureningen bliver mere effektivt fanget af udsuget. Der er dog stadigvæk en anelse forurening, som slipper forbi udsuget og strømmer op under loftet og hen imod det andet tårn. Denne strømning under loftet skyldes at indblæsning med dyser i stofpose kan resultere i et lille undertryk i nærheden af posen. For at bremse strømningen mest muligt, er der etableret lodrette stoftæpper ned fra loftet. Se figur Fortsættes > 50 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 51

28 > Eksempel 5 Det sker ved, at indblæsningsluften flyder hen over gulvet og ved opvarmning ved varmekilderne stiger mod loftet og fortrænger forureningerne, hvis disse er lettere end eller har samme vægt som luft. Fortrængningsventilation kan ikke anvendes til opvarmning, da den rene, varme luft vil stige op over opholdszonen, når den forlader indblæsningsarmaturet. 05 Fortrængningsprincippet er anvendeligt på virksomheder med kraftige forureningsemissioner og konvektionsstrømme fra processerne (se figur 5.16). En ulempe er imidlertid, at princippet er pladskrævende, da indblæsningsarmaturerne skal placeres på gulvet. For at opnå den ønskede virkning, skal luften nemlig kunne flyde hen over gulvet uden forhindringer i retning mod varme- og forureningskilderne. Det kan på mange virksomheder være et problem. Desuden vil en eventuel senere omplacering af indblæsningsarmaturerne ofte være vanskelig. Der kan maks. fjernes en varmebelastning på 100 W/m Figur Lodrette lofttæpper til bremsning af strømning Fortrængningsprincippet Hvis der er et stort varmeoverskud samt termiske forureninger i lokalet vil ventilering efter fortrængningsprincippet være at foretrække. Ved fortrængningsprincippet tilstræbes en skæv fordeling af varme og forurening i rummet, således at luften i arbejdszonen bliver renere og køligere end højere oppe i lokalet. Figur Fortrængningsprincippet. Ved fortrængningsprincippet udnyttes konvektionsstrømmene fra de termiske kilder i lokalet. 52 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 53

29 05 Lokal lavimpuls indblæsning I de senere år er der foretaget en række vellykkede undersøgelser af mulighederne for at anvende lokal lavimpuls indblæsning ved industrielle processer med kraftige forureningsemissioner og store konvektionsstrømme. Lokal lavimpuls indblæsning udnytter den klassiske fortrængningsventilations fordele og kompenserer for dens ulemper med hensyn til optagelse af plads (se figur 5.17). Ved lokal lavimpuls indblæsning indblæses den friske erstatningsluft direkte i arbejdszonen. Sammenlignet med konventionel opblandingsventilation medfører dette, at den indblæste luftmængde kan reduceres betydeligt, samtidig med at der opnås et forbedret arbejdsmiljø. Lokal lavimpuls indblæsning kan anvendes ved termisk varme- og ved termisk neutrale processer. Renrumsventilation Renrumsventilation designes typisk med høje luftmængder, som sikrer, at partikelemissioner i renrummet minimeres. Dermed er energiforbruget til ventilation stort især til drift af ventilatorer, men også til opvarmning, køling, affugtning og befugtning. Der er et stort potentiale for energibesparelser ved energibevidst projektering. Der anvendes typisk opblandingsventilation til at sikre renheden i de mest belastede renrumsklasser. Hvis rumadskillelse mellem renrumsklasser ikke er mulig, kan en lokal enhed med stempelfortrængning anvendes med energimæssig fordel til at sikre en ren zone i et lokale, frem for at etablere renrum i hele lokalet (se figur 5.18). 05 Vælger man at benytte lokal lavimpuls indblæsning, skal man gøre sig klart, at det kun er i arbejdszonen, altså lokalt, at de termiske og atmosfæriske forhold bliver tilfredsstillende. Uden for arbejdszonen vil disse forhold være anderledes. Den maksimale varmebelastning, der kan fjernes er 400 W/m 2. Udsugningsarmatur Lavimpuls indblæsningsarmatur Figur Stempelfortrængning. Ved højere krav til partikelrenheden vil stempelfortrængning som regel være nødvendig. Maskine Figur Princippet i lokal lavimpuls indblæsning. Ved stempelfortrængning indblæses den filtrerede luft ensrettet over et ønsket område. Det kan være i hele rummet, i en del af rummet, i en halvåben arbejdsbænk eller i en indeslutning. Luften kan indblæses horisontalt eller vertikalt. 54 Ventilationsprincipper Ventilationsprincipper 55

30 Sundhedsmyndighederne kræver typisk ved steril farmaceutisk produktion, at lufthastigheden omkring produktet er ca. 0,45 m/s. Anvendelse af stempelprincippet ved lavere hastigheder på f.eks. 0,2 m/s vil imidlertid ofte kunne sikre en meget høj renhed omkring produktet. 6 Proces- og komfortventilationssystemets principper I dette afsnit beskrives forskellige udsugnings- og indblæsningskomponenter. 6.1 Udsugningskomponenter Her beskrives udsugningskomponenter til punktudsug og almen udsugning Punktudsugning Punktudsug skal effektivt kunne fjerne forureninger som f.eks. varme, støv, lugt, røg eller gasarter, inden spredning til arbejds- og opholdszonen. For at et punktudsug effektivt kan fjerne forureningerne er det vigtigt, at det placeres, konstrueres og dimensioneres korrekt. Mange af de punktudsug, der anvendes i industrien i dag er dimensioneret ved hjælp af tommelfingerregler, som gør at punktudsugene ofte ikke fungerer tilfredsstillende. For at konstruere og dimensionere et punktudsug korrekt er det nødvendigt, at have et omfattende kendskab til de industrielle processer, herunder hvorledes forureningerne udbredes fra processerne og hvilke faktorer, der har indflydelse på udbredelse. Figur 6.1 viser de eksterne påvirkninger eller randbetingelser, der har indflydelse på procesudsugets effektivitet. På figur 6.1 er procesudsugets følsomhed overfor fem "eksterne" påvirkninger vist. Disse vil i det følgende blive behandlet nærmere. 56 Ventilationsprincipper Proces- og komfortventilationssystemet 57

31 5. Generelle luftstrømninger i lokale 4. Udformning af indblæsning og placering i relation til udsug 1. Natur af forureningskilde Effektivitet af procesudsug 3. Placering af arbejder 2. Udformning og placering af procesudsug Figur 6.1. Procesudsugets følsomhed overfor fem "eksterne" påvirkninger. 1. Natur af forureningskilde Ved dimensionering af procesudsug er det vigtigt, at forureningens naturlige bevægelsesretning studeres, og der vælges den udsugningsretning, der understøtter forureningens naturlige bevægelse. Bevægelsen kan være bestemt af termisk opdrift, almen ventilation, arbejderens bevægelser, værktøjets eller arbejdsstykkets bevægelse, f.eks. medriver et roterende hjul luft, og skaber stærke luftbevægelser i nærheden. Se afsnit Udformning og placering af procesudsug Procesudsug skal placeres hensigtsmæssigt i forhold til processerne. De skal placeres tæt på processerne, jo nærmere des bedre virkning for samme lufthastighed i sugeåbningen. Anvendelse af reflektorer og flanger forbedrer procesudsugets effektivitet. 3. Placering af arbejder Procesudsug er logisk nok ofte dimensioneret til at være tæt på forureningskilden. Desværre er placeringen af personen ofte ukorrekt i forhold til forureningskilden, og ikke mindst hovedluftstrømningsretningen. Forskellige studier har vist, at personens position i forhold til luftstrømningens retning har stor betydning for forureningskoncentrationen i åndingszonen. 4. Udformning af indblæsning og placering i relation til udsug Det skal undgås, at indblæsningsformen skaber forstyrrelser, f.eks. tværstrømninger, som spreder forureningen og dermed forringer procesudsugets effektivitet. 5. Generelle luftstrømninger i lokale Procesudsugets effektivitet (udsugningseffektiviteten) er afhængig af forstyrrelser i den omgivende luft. Store tværstrømningshastigheder, f.eks. fra åbne porte, giver anledning til mindre udsugningseffektivitet Udsugning efter omslutningsprincippet Omslutningsprincippet omfatter en total og delvis indkapslet proces. Udsugning fra en total indkapslet proces Når der arbejdes med totalt indkapslede processer anvendes der en lang række forskellige opstillinger (se figur 6.2 og 6.3). Den nødvendige udsugede luftmængde bestemmes på baggrund af belastningen i form af varme eller emissioner. Hvis processen ikke har noget krav til temperatur bør indsugningsluften til indkapslingen tages udefra, så det ikke er nødvendigt at opvarme erstatningsluften. Procesudsug skal placeres således, at de understøtter forureningernes naturlige bevægelser. 58 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 59

32 den i de små huller/åbninger, der måtte være, er mindst 0,5 m/s. Sammenhængen mellem den nødvendige udsugede luftmængde q v og arealet af åbningerne A h skal derfor være som angivet i nedenstående formel: q v = v h A h ~ 0,5 A h Figur 6.2. Total indkapslet proces med tilførsel af rumluft. Figur 6.3. Total indkapslet proces med tilførsel af friskluft. Ved emissioner i form af varme bestemmes den udsugede luftmængde som: I de tilfælde hvor der arbejdes med en eksplosionsfarlig gas skal der også være sikkerhed for, at der ikke sker en eksplosion inde i indkapslingen. Dette sikres ved at stille krav til den udsugede luftmængde q v : P kilde q v = 1200 (T ud - T ind ) hvor: q v den udsugede luftmængde i m 3 /s P kilde er den afgivne effekt fra kilden (konvektiv og stråling) i W T ud ( C t ud 50 C) T ind ( C t ind 50 C) Ved emissioner i form af dampe og gasser bestemmes volumenstrømmen V således: V = q m c hvor: V er volumenstrømmen i m 3 /h q m er den tilførte forurening i mg/h c er luftens forureningskoncentration i mg/m 3 Luftens forureningskoncentration skal være lavere end gældende grænseværdier (GV) fra arbejdstilsynet, dvs.: c = q m V GV Opstillingerne for total indkapslet proces med tilførsel af rumluft eller friskluft bygger på nødvendigheden af at udsuge så meget luft, at hastighe- q v = q m (273+t) c n K 1 K hvor: q m er den maksimalt fordampede mængde i kg/s t er den højest mulige arbejdstemperatur i indkapslingen i C c n er nedre eksplosionsgrænse i kg/m 3 ved 20 C og 101,3 kpa K 1 er en sikkerhedsfaktor, som er sat til 0,25 af brandmyndighederne K 2 er en fordelingsfaktor, der fastsættes under hensyntagen til luftfordelingen i indkapslingen Fordelingsfaktoren K 2 sættes mellem 0,2 og 0,5 og værdien af faktoren afhænger af, hvor effektivt den indblæste luftmængde kan fortynde den forurenede luft i indkapslingen, inden forureningen suges ud. Ved en effektiv fortynding sættes værdien til 0,5. Hvis der er emissioner i form af partikler skal luftmængden bestemmes efter gribeprincippet, (se afsnit ). Der skal tages hensyn til krav om en vis transporthastighed i kanalsystemet fra indkapslingen. 60 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 61

33 Total indkapslet proces med tilførsel af friskluft gennem loft Princippet er vist i figur 6.4. v h v h v h v h Figur 6.4. Total indkapslet proces med tilførsel af friskluft gennem loft. Eksempel 6 Båndovn (total indkapsling) til tørring af ekstrudater Der er udført forsøg med en båndovn, hvori der tørres og kalcineres ekstrudater af et keramisk materiale. Ekstrudaterne fordeles jævnt på ovnbåndet i takt med at det ekstruderes. Båndet bevæger sig langsomt ind gennem ovnen. Opholdstiden i ovnen er knapt 1 time. Se figur 6.6. Den udsugede luftmængde findes som: Luften i ovnen bevæger sig primært oppe fra og ned gennem båndet. Dette opnås ved recirkulationsblæsere, der suger fra nederste kammerhalvdel under båndet, og leder luften ind i toppen af kammeret over båndet. q v = v h A L ~ 0,2 A L hvor A L er loftets areal.. Hastigheden v h på min. 0,2 m/s gennem loftet er et krav fra Arbejdstilsynet. Total indkapslet proces med recirkulering Indkapslingen anvendes f.eks. i forbindelse med træbearbejdning. Hvis der er tale om emissioner i form af partikler bestemmes luftmængden vha. gribeprincippet. Der skal tages hensyn til krav om en vis transporthastighed i kanalsystemet. Den total indkapslede proces med recirkulering er vist i figur 6.5. Figur 6.6. Ovnens indløbsende. Figur 6.5. Total indkapslet proces med recirkulering. Samtidig med den primære luftretning går ned gennem båndet sker der vha. cirkulationsventilatorer en sekundær bevægelse af luften i modstrøm med båndet. Det meste af vandet i materialet damper af i den kolde ende af ovnen, hvor aftrækket fra ovnen findes. I de sidste to tørresektioner er afdampningen meget begrænset. Her frigøres en del af det kemisk bundne vand. Fortsættes > 62 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 63

34 > Eksempel 6 > Eksempel 6 Der skal være undertryk i ovnen, så der ikke emitteres dampe og støv fra tørrebåndovnen til omgivelserne. Undertrykket i ovnen opretholdes med en blæser. Blæsermotoren er udrustet med en frekvensomformer, som styres af et CTS-anlæg. Undertrykket i ovnen sikres ved at foretage udsugning gennem en afkastkanal placeret i ovnens indløbsende. Undertrykket indstilles af driftsoperatørerne og reguleres automatisk ud fra det indstillede setpunkt af et spjæld placeret i afkastkanalen. Ved besigtigelser af ovnen var setpunktet henholdsvis -22 mmvs, -25 mmvs og -30 mmvs. Undertrykket forekom umiddelbart at være ret højt, og det blev derfor besluttet at efterprøve om det var nødvendigt at holde et så højt undertryk for at sikre mod, at der undslap dampe fra ovnen. Der blev foretaget målinger af det statiske undertryk i udløbsåbningen i forhold til omgivelserne, det dynamiske tryk over udløbsåbningen samt lufthastigheden i udløbsåbningen. Det blev antaget, at hvis et givet setpunkt for undertrykket i afkastkanalen sikrede tilstrækkelig lufthastighed ind gennem udløbsåbningen ville hastigheden i indløbsåbningen ligeledes være tilstrækkelig, da afkastkanalen, og dermed det kraftigste sug skete i nærhed af indløbsåbningen. Foruden de førnævnte målinger blev der udført røgforsøg både ved indløbs- og udløbsåbningerne for at se om der var passende luftbevægelse. Generelt vil en lufthastighed på 0,5 m/s eller derover sikre at der ikke undslipper dampe ud gennem en åbning. I de forsøg, der blev foretaget med ovnen var det derfor tilstræbt at lufthastigheden var 0,5 m/s eller derover i alle positioner i udløbsåbningen. Tabel 6.1 viser målinger foretaget i udløbsåbningen. Måleserie Setpunkt for Målt Beregnet undertryk i afkast lufthastighed lufthastighed Δp statisk Δp dynamisk [mmvs] [Pa] [Pa] [m/s] [m/s] u. produktion , ,4 7, ,7 6, m. produktion , ,75 - Tabel 6.1. Målinger af statisk undertryk i udløbsåbningen i forhold til omgivelserne, dynamisk tryk over udløbsåbningen samt lufthastigheder i udløbsåbningen. Fortsættes > 64 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 65

35 > Eksempel 6 > Eksempel 6 Mens der ikke var produktion var det muligt at måle det dynamiske tryk ved ovnens udløbsåbning, og derved få data til beregning af lufthastigheden i åbningen, mens lufthastigheden under produktion udelukkende blev målt med et varmetrådsanemometer. Der var væsentlig forskel på hastigheden i udløbsåbningen ved fastholdt undertryk i afkastkanalen om der var produktion eller ovnen ikke anvendes, se tabel 6.1. Ved den givne produktion (ca. 50 % af fuld kapacitet), var et setpunkt for trykket i afkastkanalen på -15 mmvs tilstrækkeligt. Gasbesparelse ( ) Nm 3 /h 1,2 kg/nm ,009 kj/kg C (120 20) C = 74 kw Brændværdien for naturgas sættes til 11 kwh/nm 3 74 kw = 6,7 Nm 3 /h 11 kwh/nm 3 naturgas De udførte forsøg og målinger gav anledning til følgende bemærkninger: Det nødvendige undertryk i afkastkanalen afhænger tilsyneladende i væsentlig grad af den produktmængde, der tilføres ovnen jo større produktmængde des større undertryk er nødvendigt. Lufthastigheden i udløbsåbningen (og dermed ligeledes indløbsåbningen) varierer betydeligt både i forhold til position i åbningen og over tid. Der er tilsyneladende en betydelig turbulens i ovnens udløbssektion. Det antages, at det er muligt at reducere undertrykket i afkastkanalen betydeligt i forhold til det nuværende setpunkt på ca. -25 mmvs (-30 mmvs ved en besigtigelse d ), og derved reducere den luftmængde, der trækkes ind gennem ovnens åbninger med unødigt varmetab og elforbrug til afkastblæseren til følge. Det er beregnet, at der i alt suges ca Nm 3 /h luft ind i ovnen gennem åbningerne, når setpunktet under en produktion svarende til at trykket er sat til -25 mmvs. Hvis setpunktet havde været -15 mmvs i stedet, ville luftmængden have været ca. 700 Nm 3 /h, hvilket vil medføre nedenstående omtrentlige reduktion i energiforbruget, idet det antages, at energibesparelsen er den samme, uanset om der produceres på ovnen eller ej. Luften opvarmes fra 20 til 120 C. 6,7 Nm 3 /h h/år = Nm 3 /år Elbesparelse Idet virkningsgraden for motor, drev og ventilator er henholdsvis 0,6, 0,98 og 0,92 findes besparelsen: ( ) Nm 3 /h kpa = 3,615 kw (3.600 s/h 0,60 0,98 0,92) 3,615 kw h/år = kwh/år Den samlede gas- og elbesparelse svarer til en reduktion i energiomkostningerne på ca kr. årligt. Da det nødvendige undertryk i afkastkanalen afhænger af produktmængden, der tilføres ovnen foreslås det, at der monteres tryktransmittere i ovnens indløbs- og udløbssektioner, som styrer undertrykket i afkastkanalen, så der til stadighed er et passende undertryk i disse sektioner, der sikrer mod emissioner fra ovnen til omgivelserne. Indløb- og udløbsåbningerne er udformet som skarpkantede (firkantede) åbninger, som ikke er velegnede til at indfange dampe, der er trængt ud af åbningen. De sikrer heller ikke mod, at turbulensen i ovnrummet forårsager, at der trænger Fortsættes > 66 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 67

36 > Eksempel 6 luft fra ovnen ud gennem åbningerne. I figur 6.7 er skitseret et tværsnit i en åbning, hvor der er monteret en udvendig flange, der medvirker til at indfange emissioner, der er udenfor åbningen samt en indvendig flange,der modvirker den turbulente luftbevægelse i ovnrummet som følge af recirkulationsblæserne. Ovnvæg Indvendig flange Det traditionelle dimensioneringsgrundlag for disse tre typer beskrives i det efterfølgende. Malesprøjtebokse med manuel betjening Proceduren ved dimensionering af udsug er i store træk følgende: Hastigheden i boksens frontareal v h sættes som minimum til 0,5 m/s, hvilket er et krav fra Arbejdstilsynet Det nødvendige frontareal A fastlægges Udvendig flange Eksist. gardin Produktlag Den nødvendige udsugede luftmængde q v kan herefter beregnes: q v = v h A ~ 0,5 A Udvendig flange Ovnbånd Figur 6.7. Tværsnit i en åbning med en udvendig flange monteret. De ydre flanger afskærmer åbningen og skaber en homogen strømning mod åbningen, mens den indre flange bryder den nedadgående luftbevægelse langs ovnsiden mod åbningen. V h Figur 6.8. Malesprøjteboks med forskydelige indervægge. Umiddelbart før blæseren er der monteret et manuelt betjent reguleringsspjæld. Spjældet stod ca. halvt åbent, og tryktabet over spjældet var ret begrænset. Spjældet bør åbnes helt, så tryktabet elimineres og muliggør, at blæserhastigheden og dermed energiforbruget kan reduceres. Udsugning fra delvis indkapslet proces I forbindelse med delvist indkapslede processer findes der tre forskellige og grundlæggende typer af indkapsling: Malesprøjteboksen Sugeboksen Stinkskabet V h Til trods for at kravet (fra Arbejdstilsynet) om en hastighed i malesprøjteboksens frontareal på 0,5 m/s ikke kan fraviges, er der alligevel mulighed for at reducere den udsugede luftmængde. På mange virksomheder er malesprøjteboksene dimensioneret til maling af det størst forekommende emne, men de anvendes i store perioder til maling af mindre emner. Undersøgelser har vist, at en reduktion af frontarealet ved indbygning af forskydelige indervægge i boksen, der ved forskydningen samtidig afspærrer dele af sugefladen i bagvæggen, kan give store energibesparelser, se figur 6.8. På boksens forskydelige indervægge 68 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 69

37 er der monteret hastighedsfølere, som via en spjældanordning sørger for at fastholde de 0,5 m/s i det reducerede areal (se figur 6.8 og 6.9). Boks set oppe fra Boks set forfra R140 Følerboks Luftfordelerboks uden indre skillevægge Lodret gardinstang Føler Skydevæg Dørholder Min 10 cm ved gulv Se detalje A Filtervæg Lodret gardinstang Føler Skydevæg Dørholder ved gulv C L Standardløsning Plan af malesprøjteboks med 1 arbejdsfelt Tør boks Loftskinner er ikke vist Luftretning Spoiler Se figur 125 m Spoiler Figur Malesprøjteboks med spoilere. Spoiler 100 Gulv Luftretning Snit vinkelret gennem spoiler påmonteret malesprøjteboks. Mål i mm Forkant af boks Som det ses er spoileren placeret en smule indenfor malesprøjteboksens åbning. Spoilerens bredde behøver ikke at være stor. På skitsen har spoileren således kun en bredde på 100 mm Detalje A Figur 6.9. Malesprøjteboks med forskydelige vægge set fra oven. Sugebokse Traditionelt er proceduren for dimensionering af en sugeboks følgende: Det er muligt at forbedre sprøjteboksens effektivitet ved hjælp af spoilere. En spoiler er en plade, der er udformet, så den bremser forurenet luft strømmende langs boksens flader i retning mod arbejdsåbningen. Spoilerne giver samtidig en bedre luftindføring i boksen med mindre turbulering af luften. Spoilerne udføres i et stykke tyndplade i en indadbuet facon, og placeres i boksens sider og under loftet. Figur 6.10 viser en skitse af en malesprøjteboks med spoilere. Hastigheden i sugeboksens frontareal v h fastsættes. Som tommelfingerregel fastsættes hastigheden til 0,5 m/s Frontarealet A fastlægges Den nødvendige udsugede luftmængde q v kan herefter beregnes ved: q v = v h A Bemærk at dimensionering efter fronthastigheden ikke giver en optimal effektivitet af boksen. Undersøgelser har vist, at det for sugebokse med en god geometri er muligt at reducere hastigheden i frontarealet til under 0,5 m/s, og dermed den nødvendige udsugede luftmængde. På figur 6.11 ses et eksempel på udformning af en boks til udsugning fra en proces. 70 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 71

38 Detalje B Detalje A 350 mm Vh 500 mm 400 mm 10 mm Spalte Bagplade 50 mm 50 mm Indløbsrør med raidus via en spalte langs med boksens sider. Målinger viser at udsugningseffektiviteten er tilfredsstillende med en hastighed i frontarealet på ca. 0,3 m/s. Sugestederne bør placeres således, at der opnås en ensartet luftfordeling i indsugningsåbningen. Ligeledes bør det tilstræbes, at udsugningsforholdene er opbygget således, at luften ikke turbuleres, når den suges ind i sugeboksen. Turbuleringen betyder, at den indsugede luft og luften i sugeboksen blandes, samtidig med at noget af den forurenede luft i sugeboksen kan undslippe. 50 mm Pert.pl. 600 mm 50 mm Hulprocent ca. 15% Stinkskabe Ved dimensionering af udsuget fra et stinkskab er proceduren: Figur Skitse af en godt udformet sugeboks. 25 mm Hastigheden i skabets lugeåbning v L fastsættes. Almindeligvis fastsættes hastigheden til 0,5 m/s Arealet A af lugeåbningen fastlægges 45E r = 30 Den nødvendige udsugede luftmængde q v beregnes ved: q v = v L A Detalje A 25 mm Detalje B Figur Nærbillede af detalje A og B på sugeboksen. Figur 6.12 viser, at indløbet til boksen er udformet med afrundede kanter. Fordelen er, at der ikke opstår hvirvler i indløbet, når erstatningsluften indføres, og dermed undgås risikoen for at forurenet luft undslipper boksen. I bunden af boksen er der placeret en perforeret plade, hvorigennem luften suges. Ved at suge i bunden af boksen respekteres støvets naturlige bevægelsesmønster, som er fra boksens rum og mod bunden (tyngdekraftens indvirkning). Der suges jævnt i boksens bagende Luftmængden skal kunne tilpasses lugeåbningen således, at uanset hvad lugeåbningens areal er, vil hastigheden være den samme, f.eks. 0,5 m/s. Det sker ved, at stinkskabet udstyres med automatik, der regulerer den udsugede luftmængde fra stinkskabet enten ved en undertryksføler placeret i stinkskabet eller ved registrering af lugeåbningen. Desuden er det almindeligt, at der monteres bevægelsesmeldere, der sikrer at luftmængden reduceres automatisk til f.eks. 0,3 m/s i lugeåbningen, når der ikke har været arbejdet ved stinkskabet en given tid. Reguleringen med bevægelsesmelder vil medføre både el- og varmebesparelser, idet den udsugede luftmængde i perioder reduceres og en mindre mængde erstatningsluft skal opvarmes. 72 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 73

39 Automatik monteret på stinkskabets luge, kan automatisk lukke lugen, når der ikke har været arbejdet ved lugen i en given tid. For stinkskabe med god geometri er det muligt at reducere hastigheden i lugeåbningen til under 0,5 m/s, og dermed også den nødvendige udsugede luftmængde. I den forbindelse bør opmærksomheden rettes mod udformningen af bordforkant og lugeunderkant. Sidevægge og eventuelle mellemstolper er heller ikke uden betydning. Strømningsmæssigt korrekte udformninger af disse er en af forudsætningerne for, at hastigheden i lugeåbningen kan reduceres, og at skabets effektivitet kan forbedres. Selvrensende lugeforkant Detalje A Vh En anden forudsætning for at hastigheden i lugeåbningen og dermed den nødvendige udsugede luftmængde kan reduceres er, at stinkskabet bruges fornuftigt ved den lavere luftmængde. På figur 6.13 ses et stinkskab med en god geometri. Detalje B Optimal bordforkant Det er vigtigt at brugerne af stinkskabet er opmærksom på ikke at blokere for luftgennemstrømningen i stinkskabet ved at placere udstyr tæt på udsugningsspalten i bagbeklædningen. Figur Skitse af et stinkskab med god geometri. Desuden er det af hensyn til energiforbruget vigtigt at stinkskabets brugere husker at lukke lugen, når skabet ikke benyttes. Detalje A (nederste lugekant) Detalje B (bordspoileren) Det ses af figur 6.14 at nogle af de vigtigste detaljer for at opnå en turbulensfri indstrømning til stinkskabet er en passende krumning på den nederste lugekant (detalje A) og bordspoileren (detalje B). For mere detaljerede beskrivelser af optimale udformninger af stinkskabe henvises til rapporten "Stinkskabe med lavt energiforbrug. r = 20 mm 60 mm 45 E max Strømningsretning Glasluge Kun bøjlehåndtag må anvendes Afrunding Min. 30 mm luft under hele airfoil Støttestift gummidup Indløb 40 mm Figur Nærbillede af detalje A og B for et stinkskab med god geometri. Detalje A er nederste lugekant og detalje B er bordspoileren. 74 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 75

40 Eksempel 7 Kabine (delvis indkapsling) til afvejning af nikotinpulver I et mindre lukket lokale foretages der afvejning af nikotinpulver. Pulveret tages fra sække med en lille skovl, og hældes i en bakke anbragt på en præcisionsvægt. Efter afvejning hældes pulveret fra bakken op i en lille tromle, der lukkes for transport. For at sikre et godt arbejdsmiljø, ventileres rummet med en luftmængde på ca m 3 /h, der blæses ind gennem armaturer monteret i loftet og suges ud gennem perforerede plader i den ene væg, se figur Den eksisterende udsugning er trods den store luftmængde utilstrækkelig, da støv fra afvejningsprocessen spredes i hele lokalet. > Eksempel 7 enkeltvis i kabinen. Herved foregår alle støvende operationer i kabinen, og der er ikke behov for ventilation af den resterende del af lokalet udover den luftmængde, der trækkes ind i kabinen af udsuget fra kabinen. Udsugningen sker fortsat gennem de perforerede plader, der er inde i kabinen, mens de perforerede plader udenfor kabinen erstattes med almindelige plader. Der skal være en lufthastighed i kabinens åbningsareal på ca. 0,5 m/s, svarende til ca m 3 /h, for at sikre mod, at der kommer støv ud af kabinen. Ved at etablere den foreslåede kabine kan luftmængden reduceres betydeligt samtidig med, at de nuværende gener som følge af spredningen af støv undgås Udsugning efter modtagerprincippet Modtagerprincippet er et ofte anvendt udsugningsprincip ved store termiske kilder, hvor sugehoven er placeret over den varme forureningskilde. De termiske kræfter vil føre den forurenede luft op i hoven, hvor den bliver suget ud. Se figur Figur Udsugning ved afvejning af nikotinpulver. For at effektivisere udsugningen samt sikre, at støv fra afvejningen holdes i en begrænset del af rummet er det foreslået, at der etableres en kabine/afdækning i rummet. Kabinen etableres som en afdækning fra gulv til loft, der er helt åben i fronten i et areal på B x H: 1,5 m x 2 m, så det er muligt at have sækkene med pulver stående Figur Sugehov fungerende efter modtagerprincippet. 76 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 77

41 Der findes i praksis kun én velegnet metode til dimensionering af en udsugningshov. Den udsugede luftstrøm baseres på en beregning af størrelsen af den termiske plumen ved sugehovens underkant. Beregning af termisk plumen Metoden tager udgangspunkt i fysiske forhold omkring den termiske plumen, såsom afklaring af om der er tale om en punktkilde, en linjekilde, spredningsvinkel, konvektiv effekt m.m. Omfanget (bredden) af processens/kildens konvektionsstrøm (termiske plumen) i højden x, skal dels være mindre end, og dels inden for sugehovens åbningsareal. Det er desuden uheldigt, hvis sugehoven ikke er placeret over varmekilden, men er forskudt horisontalt. H X ß 0,150 m d rør B hov d kilde Figur Optimeret sugehov til modtagerprincippet. Afstande for sugehov relateret til tabel 6.2 og 6.3. hvor b konvek med god tilnærmelse kan skrives som: b konvek = 0.44 (x + d kilde ) For at bestemme den nødvendige udsugede volumenstrøm inddeles forureningskilderne i tre forskellige grundtilfælde (Se tabel 6.1): Punkt-/vandret kilde Linjekilde Lodret kilde (lodret flade) Formeludtryk for den nødvendige volumenstrøm for de forskellige kilder er vist i tabel 6.3. hvor: Φ konv er den afgivne konvektive effekt fra varmekilden i W x er afstanden fra varmekilde til underkant af sugehov i m x pol kan normalt sættes lig d kilde eller kildens bredde B (vandret kilde) i m L er kildens længde i m h er kildens middelhøjde i m Den konvektive effekt Φ konv kan oftest med god tilnærmelse sættes lig 0,5 P tilført. Kendes processen kan K-faktorerne i tabel 6.1 benyttes i stedet for faktoren 0,5, således at følgende gælder: Φ konv = K P tilført hvor P tilført er den tilførte effekt til varmekilden. K Kildetype hj/jch0005d.wpg 0,8 0,9 Punktbelysning Ved dimensionering af hovens bredde viser erfaringerne, at hovens mindste bredde skal være: b hov_min = b konvek x 0,7 0,9 Varmerør eller kanal 0,4 0,6 Lille maskine 0,3 0,5 Stor maskine 0,05 0,1 Svejsested Tabel 6.1. K-faktor for forskellige kildetyper. 78 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 79

42 Punkt-/vandret kilde Linjekilde Lodret kilde (lodret flade) B h h > > B h < 0,1 < 0,1 B L L h L B Krav gældende for punktkilder: Krav Krav Lille vertikal udstrækning i B h forhold horisontal udstrækning. < 0,1 < 0,1 h > > B L L < Tabel 6.2. Inddeling af forureningskilder i tre forskellige grundtilfælde for beregning af termisk plumen. Lodret kilde [m 3 /sm] Linjekilde [m 3 /sm] Punkt- og vandret kilde [m 3 /s] og [m 3 /sm] q v = 2, (T overflade T luft ) 2/5 h 6/5 q v = 1, (Φkonv/L) 1/3 (x > 1,0) q v = 5, (Φkonv) 1/3 (x + x pol ) 5/3 q v = 1, (Φkonv/L) 1/3 (x 1,0) q v = 5, (Φkonv) 1/3 (x + B) 5/3 Tabel 6.3. Nødvendig udsuget volumenstrøm for forskellige kildetyper for beregning af termisk plumen. 80 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 81

43 Dimensioneringsmetoden tager hensyn til de termiske kræfter, og tilpasser derved den nødvendige udsugede volumenstrøm til behovet. Dimensionen på indløbet til sugehoven kan bestemmes ved: D udsug = d kilde + 0,7 x Ved design af sugehovens udformning er det vigtigt at være opmærksom på, at denne kan virke som buffer, når luftstrømmen fra den termiske kilde ikke er konstant. I de tilfælde, hvor sugehoven ikke anvendes som buffer, bestemmes den nødvendige udsugede luftmænde ud fra den maksimale luftstrøm fra den termiske kilde. Konstrueres sugehoven med et tilstrækkeligt stort buffervolumen, er det tilstrækkeligt at bestemme den nødvendige luftstrøm ud fra middelluftstrømmen fra den termiske kilde. Det er vigtigt, at hovens åbningsareal hverken er for lille eller for stort. Hvis åbningsarealet er mindre end plumens tværsnitsareal i højden, svarende til hovens underkant, strømmer noget af plumen forbi hoven, hvis den udsugede luftmængde ikke er væsentlig større end den termiske plumen. Hvis hovens åbningsareal er større end tværsnitsarealet af den termiske plumen, er der fare for udstrømning fra hoven, hvis den udsugede luftmængde ikke er større end den termiske plumen. Reflektorernes vinkel β (se figur 6.17) bør være omkring 30 og deres længde l reflektor bør være større end 0,15 m. Yderligere bør hoven være placeret centralt over forureningskilden. Ved varierende udstrømning fra forureningskilden er det energimæssigt fornuftigt at designe hoven, så den udsugede luftmængde svarer til en middelforureningsmængde fra kilden. Det fysiske volumen på hoven bør derfor være tilstrækkelig stort til, at hoven kan rumme forureningsmængden ved maksimalbelastninger. Stor fysisk volumen af hoven kan sikres ved at lave hoven tilstrækkelig høj/dyb Udsugning efter gribeprincippet Sugehove Baseret på et opstillet dimensioneringsgrundlag er der taget udgangspunkt i grundformen for udtrykket for den nødvendige volumenstrøm ved udsug: q v, udsug = f [v x (x 2 + A)] For at grundudtrykket kan anvendes på forskellige udformninger og placeringer af udsug er det nødvendigt at indføre k-faktorer i udtrykket: q v, udsug = v x (k 1 x 2 + A) k 2 Mulighederne for delvis indkapsling af den termiske plumen fra forureningskilden bør overvejes. Den nødvendige udsugede volumenstrøm i forbindelse med en vægplumen (afgrænsning til én side) udgør 63 % af en fri plumen. hvor den nødvendige udsugede luftmængde er en funktion af x fra forureningskildens yderste kant til centrum af udsuget og gribehastigheden v x i afstanden x samt A, som er arealet af sugeåbningen. Selv om sugehoven skal have en minimumsbredde er det væsentligt at hovens bredde ikke er alt for stor, idet det medfører lave hastigheder i facearealet, og dermed følsomhed overfor turbulens og tværstrømninger. Derfor bør følgende gælde: Minimumsværdi på 0,1 m/s er fornuftig for gribehastigheden v x, dvs.: v x = 0,1 m/s q v A face > 0,1 m/s Denne værdi for v x er anvendt ved fastlæggelsen af konstanterne k 1 og k 2. (Se tabel 6.4 og 6.5). 82 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 83

44 Faktoren k 1 udtaler sig om effekten af udsugets placering, og k 2 om hastigheden på tværstrømningerne. Det ses af tabel 6.4, at det ikke er ligegyldigt, hvordan udsuget placeres. Placering/ Uden flange tværstrømningshastighed 0,0 m/s 0,1 m/s 0,15 m/s 0,3 m/s 1 U* U* U* Placering Placeret mod Frit udsug af sugehov bord/væg Uden Med Uden Med flange flange flange flange U* U* U* 1 U* U* U* U* Placering/ Med flange tværstrømningshastighed 0,0 m/s 0,1 m/s 0,15 m/s 0,3 m/s 5 0,75 0,75 1,3 2,0 Tabel 6.4. k 1 -faktorer der bør anvendes ved forskellige placeringer af sugehoven. 0,75 0,75 1,2 U* 0,75 0,75 U*0 U* 0,75 Tabel 6.5. k 2 -faktorer - de steder hvor betegnelsen uhensigtsmæssig (U*) er påført skyldes, at situationen i praksis er urealistisk. Det vil kræve uforholdsvis store luftstrømme. Af tabel 6.5 ses det, at tværstrømninger bør undgås. Tværstrømshastigheder i industrilokaler ligger typisk på 0,15 m/s. Den maksimale afstand fra sugeåbningen og ud til forureningskildens bagkant, hvor grundlaget kan anvendes, er 0,6 m. Hvis grundlaget anvendes korrekt, er såvel udsugningseffektiviteten som brugereffektiviteten mindst 95 %. 84 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 85

45 Spalteudsugning Ved en sugespalte forstås en rektangulær udsugningsåbning, hvor forholdet længde/højde er større end 10:1. h o X Virkningen af en sugespalte kan forbedres ved flanger. Enkeltsidede sugespalter kan inddeles i tre principielt forskellige opbygninger: Figur Spalteudsugning uden flange. Sugespalte uden monteret flange Sugespalte med en flange ned mod badet Sugespalte med flange på begge sider Se figurerne 6.18, 6.19 og Figur Spalteudsugning med flange ned mod bad. Figur Spalteudsugning med flanger på begge sider. Lufthastighederne i en given afstand fra sugespalten kan med de normale betegnelser bestemmes af formlerne beskrevet i tabel 6.6, hvor h 0 generelt er spaltens højde og x generelt er afstanden fra forureningskilden til spalten (figur 6.18). Begge disse tal bestemmes ud fra en oplysning om den nødvendige gribehastighed for det pågældende bad. 86 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 87

46 Udsugstype Nødvendig udsuget volumenstrøm pr. overfladeareal af badet Uden flange q v = 4 v x ( B ) 0,2 L Forskellige processer, der arbejdes med i badene stiller forskellige krav til gribehastigheder for at få al forureningen med. De anbefalede gribehastigheder er vist i tabel 6.7. Spaltehøjden h 0 = 4 B v x v 0 Badets art Gribehastighed, v x [m/s] Hærdning 0,4 Udsugstype Nødvendig udsuget volumenstrøm pr. overfladeareal af badet Flange mod bad q v = 3 v x ( B ) 0,2 L Bejdsning, kold 0,3 Bejdsning, varm 0,5 Affedtning 0,25 Galvanisering, krombad 0,4 Cadmiumbad 0,4 Spaltehøjden h 0 = 3 B v x v 0 Vandbad, ikke kogende 0,2 Vandbad, kogende 0,4 Udsugstype Nødvendig udsuget volumenstrøm pr. overfladeareal af badet Dobbeltflange q v = 2 v x ( B ) 0,2 L Saltbad 0,2 Saltopløsning, ikke kogende 0,3 Saltopløsning, kogende 0,4 Tabel 6.7. Vejledende gribehastigheder ved sugespalter over bade. Spaltehøjden h 0 = 2 B Tabel 6.6. Nødvendig udsuget volumenstrøm og spaltehøjde for enkeltsugende sugespalte. Spalten er henholdsvis uden flange, med flange mod bad og med dobbeltflange. v x v 0 Som det ses af tabel 6.7 varierer de anbefalede gribehastigheder mellem 0,2 m/s og 0,5 m/s, hvor den anbefalede gribehastighed ligger i den lave ende ved kolde bade og i den høje ende ved varme bade. Fra tabel 6.6 kan nævnes: v x er gribehastigheden i m/s B er badets bredde i m L er badets længde i m v 0 er lufthastigheden i sugespaltens åbning i m/s I forbindelse med design af sugespalter er det vigtigt, at lufthastigheden i hele spalteåbningen er nogenlunde ens. Dette opnås (ifølge en tommelfingerregel), når hastigheden i udsugningskanalen højst er 30 % af hastigheden i udsugningsåbningen. Af udtrykkene fremgår at den nødvendige udsugede volumenstrøm er mindst, når der er monteret dobbeltflanger på sugespalten. Af tabellen ses også, at spaltehøjden bør være mindre, når der er monteret flanger på spalteudsuget. Der gælder: v udsugningskanal < 0,3 v 0 Aarealforholdet mellem kanalens tværsnitsareal A udsugningskanal og sugespaltens åbningsareal A spalte kan omskrives til: A udsugningskanal < 3,5 A spalte 88 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 89

47 Dobbelt modstående sugespalter Dobbelt modstående sugespalter fungerer som enkelte sugespalter. Forskellen er, at der ved dobbelt sugespalter suges i to af badets sider i stedet for kun en. Herved bliver afstanden mellem sugespalten og forureningen længst væk halveret, hvilket medfører at luftforbruget også kan mindskes. Et eksempel på dobbelt modstående sugespalter ses i figur Dimensioneringsudtrykkene for hvert af de tre ovenstående inddelinger er vist i tabel 6.8. Udsugningstype Nødvendig udsuget volumenstrøm pr. overfladeareal af badet Spaltehøjden Ensidig flange mod bad B q v = 3v x ( 2 L h 0 = 3 B v x 2 v 0 ) 0,2 Udsugningstype Ensidig flange og væg Nødvendig udsuget volumenstrøm pr. overfladeareal af badet B q v = 2,5 v x ( 2 L ) 0,2 B L Figur To modstående sugespalter med flange (nemlig badet). Ved dobbelt modstående sugespalter arbejdes der, ligesom ved enkelte sugespalter, med tre inddelinger: Sugespalter med ensidig flange (nemlig badet) Den ene sugespalte med ensidig flange (nemlig badet) og den anden sugespalte placeret langs en væg Sugespalter med dobbeltflange Spaltehøjden Udsugningstype Nødvendig udsuget volumenstrøm pr. overfladeareal af badet Spaltehøjden h 0 = 3 B v x 2 v 0 Dobbeltflange B q v = 2v x ( 2 L B v x h 0 = 2 2 v 0 ) 0,2 Tabel 6.8. Nødvendig udsuget volumenstrøm og spaltehøjde for dobbelt modstående sugespalte. Spalten er med flange mod bad, ensidig flange og væg og med dobbeltflange. Der opnås besparelser i den nødvendige udsugede volumenstrøm pr. areal badoverflade, når der monteres flanger på sugespalterne. Tilsvarende gælder også for højden af sugespalterne. De anbefalede gribehastigheder i tabel 6.7 bør anvendes i forbindelse med dobbelt modstående sugespalter. 90 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 91

48 Det mindste areal for udsugningskanalerne, hvis der skal opnås et jævnt sug fra spalterne, kan ligesom for de enkelte sugespalter bestemmes ud fra formlen: Den indblæste luftmængde bestemmes således: q ind = 0,109 u 2 x L x v 0 A udsugningskanal < 3,5 A spalte Vær opmærksom på at det kun er den halve q v, der skal benyttes ved beregningen, da der er to udsugningskanaler. Udsugning efter push-pull princippet Lokal udsugning ved åbne bade og trykkemaskiner til beskyttelse af omgivelserne mod forurenende dampe udføres mest effektivt med vandrette lufttæpper de såkaldte push-pull systemer. Korrekt dimensionering af luftmængder er en forudsætning for optimal udsugningseffektivitet og dermed energieffektivitet. hvor: u x er luftens hastighed i en afstand på 80 % af badets bredde fra indblæsningen i m/s. u x sættes til 0,7 m/s x er en afstand på 80 % af badets bredde fra indblæsningen i m L badets længde i m v 0 er luftens starthastighed i m/s. v 0 sættes til 5-10 m/s Der er udviklet en dimensioneringsmetode med udgangspunkt i en anbefalet minimumshastighed i strålen over badet. Det anbefales, at maksimalhastigheden i strålen ikke må være lavere end u x = 0,7 m/s og, at denne hastighed vil forekomme i en afstand af % af badets bredde fra indblæsningen. For at sikre, at den udsugede luftmængde er større end luftmængden i strålen, bliver den nødvendige udsugningsluftmængde fastsat til en værdi, der er % større end den beregnede luftmængde i strålen i en afstand af x = (0,8 badets bredde) fra indblæsningen. Den udsugede luftmængde bestemmes således: q ud = 0,147 u x x L hvor: u x er luftens hastighed i en afstand på 80 % af badets bredde fra indblæsningen i m/s. u x sættes som minimum til 0,7 m/s x er en afstand på 80 % af badets bredde fra indblæsningen i m L badets længde i m 92 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 93

49 Eksempel 8 Blanding af nikotin i tyggegummimasse samt udtagning af masse I et større lokale er der opstillet en mikser, der har til opgave at producere tyggegummimasse samt derefter at blande massen med nikotinpulver. Ingredienserne til fremstilling af tyggegummimassen tilsættes mikseren gennem rør- og kanalforbindelser, mens tilsætning af nikotinpulver sker manuelt ved, at en operatør tilsætter en afmålt mængde pulver efter, at mikseren er åbnet. Efter tilsætningen af nikotinpulveret lukkes mikseren igen, og pulveret blandes ind i tyggegummimassen. Når tyggegummimassen er færdigblandet, udtages den manuelt af mikseren og placeres i vogne, der køres videre til produktionen af de færdige tyggegummistykker. Der er kraftig støvudvikling både under tilsætningen af nikotinpulveret og især under udtagningen af den færdigæltede masse (se figur 6.22). > Eksempel 8 Under udtagningen pudres vognene med talkum. ligesom der hældes talkum på tyggegummistykkerne, inden de lægges i vognene. Det er denne talkum, der forårsager støvdannelsen under udtagningen. Der er placeret et punktsug i den ene side ved overkanten af åbningen til mikseren. Se figur Ved besigtigelsen af anlægget var den udsugede luftmængde gennem punktsuget meget begrænset, idet suget stort set var ude af drift. Men selv hvis luftmængden havde været som planlagt, ville punktsuget have været næsten virkningsløst i forhold til den massive støvudvikling og på grund af afstanden til støvkilden. I forbindelse med besigtigelsen blev der udført støvmålinger i rummet, hvor mikseren er placeret. Målingerne viste, at støvkoncentrationen i rumluften steg kraftigt under påfyldning af nikotinpulveret, og under udtagningen af den færdigblandede tyggegummimasse var støvmængden så stor, at den var udenfor instrumentets måleområde. Figur Punktudsug ved overkanten af mikseren. Figur Udsugning fra overkant af mikser, hvorfra udtagning sker. Fortsættes > 94 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 95

50 > Eksempel 8 > Eksempel For at effektivisere udsugningen og dermed begrænse støvgenerne for personalet mest muligt, er det foreslået at etablere en skærm monteret på mikserens overkant og som er lukket ned mod mikseren i enderne. Længden tilpasses således, at den kommer ud over personen ø x 250 Herved kan mikseren både åbnes og betjenes som hidtil, men effektiviteten af udsugningen er kraftigt forøget, da kilden på den måde er indkapslet fra tre sider (overkant og begge sider). Se figur 6.24 og Der er udsugning i hele skærmens bredde. Virksomheden har selv udført og monteret den foreslåede skærm. Skærmen vil reducere støvgenerne fra tilsætningen af nikotinpulveret, men ikke reducere støvgenerne fra talkumpåføringen. Der er ikke, med udgangspunkt i den eksisterende produktionsmetode med manuel udtagning af den færdigblandede tyggegummimasse, identificeret muligheder for at reducere støvgenerne fra talkummet. Bortset fra at talkummet er irriterende antages det dog for at være uskadeligt. Derimod er nikotinpulveret sundhedsskadeligt. Hængslet PRINCIP 1 Figur Nærbillede af udsugning fra skitse af princip 1. Hvor ikke andet er angivet, er målene i mm. ø m 3 /h 250 x 250 L = ca PRINCIP 1 Ca. 2 m MIXER Snit Figur Principskitse af udsugning fra mixer, hvor skærmen er monteret (markeret med rød). Hvor ikke andet er angivet, er målene i mm. 96 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 97

51 Eksempel 9 Push-pull i galvanoafdeling I eksempel 3, afsnit 3.2, ses et eksempel på beregning af minimums friskluftmængden (volumenstrømmen) ved benyttelse af fortyndingsventilation i en galvanoafdeling. Friskluftmængden vil ved fortyndingsventilation være lig med den udsugede luftmængde, da der skal suges lige så meget ud som der blæses ind. I eksempel 3 ses, at der skal benyttes en friskluftmængde på m 3 /h for at fortynde forureningen. I eksemplet ses, hvorledes denne friskluftmængde kan reduceres betydeligt ved anvendelse af et push-pull ventilationssystem. Den udsugede og indblæste luftmængde bestemmes ud fra formlerne under afsnit Udsugning efter push-pull princippet og u x sættes til 0,7 m/s og v 0 sættes til 10 m/s. Den udsugede og indblæste luftmængde kan nu beregnes: q ud = 0,147 0,7 m/s (0,8 1,4 m) 6 m s/h = m 3 /h q ind = 0,109 (0,7 m/s) 2 0,8 1,4 m 6 m ( s/h = 129 m ) 3 /h 10 m/s Det vil være nødvendigt at tilføre rummet en erstatningsluftmængde på m 3 /h for at skabe balance mellem den samlede indblæste og udsugede luftmængde Mobilt udsug Mange opfatter kun f.eks. et svejseudsug som et mobilt udsug. Her kan operatøren manuelt flytte svejseudsuget vilkårligt rundt i tre dimensioner indenfor en given radius. Der er imidlertid flere muligheder for mobile udsug (som endda kan automatiseres), specielt hvis der kun bearbejdes i én eller to dimensioner. I det efterfølgende eksempel 10 er vist et mere avanceret mobilt udsug. I praksis vil der imidlertid være stor forskel i sugehastighed (gribehastighed) henover skærebordet (fra symmetriakse og ud til kant af skærebord) på grund af gribeprincippet. Den fri sugeåbning er den enkleste form for en udsugningsåbning. Lufthastigheden aftager med afstanden i 2. potens fra mundingen og kan angives ved: V 0 = 10x2 + A V x A hvor: V 0 er lufthastigheden i mundingen i m/s V x er lufthastigheden (gribehastighed) i afstanden x i m/s x er afstanden fra mundingen i m A er mundingens areal i m 2 Hvis en fri sugeåbning forsynes med en flange opnås den samme sugeevne med mindre luftmængde i forhold til den helt fri åbning: Se eksempel 4, tabel 4.1 for økonomi. V 0 = 0,75 10x2 + A V x A 98 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 99

52 Eksempel 10 Nyt skærebord til flamme- og plasmaskæring og brug af dobbelt sugespalte Udsugningen fra skærebordet ændres fra simpelt gribeprincip til dobbelt sugespalte. Et skærebord anvendes til bearbejdning af småog store metalplader vha. flammeskæring og plasmaskæring. Se figur 6.26 og > Eksempel 10 Arbejdstilsynet stiller følgende krav: Skær emner på skærebord med effektiv udsugning. Lufthastigheden på skærestedet skal være 1-2 m/s for flammeskæring. Førsituation Skærebordet ventileres med følgende lufthastigheder: Plasmaskæring i rustfri stål 2,2 m/s, plasmaskæring i sort plade 2,0 m/s og flammeskæring i sort plade 1,5 m/s. Skærebordet er opdelt i sugesektioner med dimensioner B x L: 0,5 m x 3 m (se figur 6.28 og 6.29). Sektionsopdelingen har den fordel, at der kun udsuges i det område, hvor der skæres. Luftreguleringen foretages med trykluftstyrede klapventiler, som er placeret midt under skærebordet i hele længderetningen. Figur Skærebordet med følgende dimensioner B x L: 3 m x 15 m. Figur Udsnit af et gammelt skærebord. Den langsgående udsugningsdel ses under de vandrette metalbjælker. Fortsættes > Figur Skæring i plade. 100 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 101

53 > Eksempel 10 > Eksempel 10 Eftersituation Skærebordet er ændret markant, idet ventilationsprincippet nu er ændret til dobbelt sugespalte. Se figur 6.30 og Det giver et mere ensartet sug i hele skærebordets bredde. Udsugningen er placeret omkring en opsamlingskasse for metalaffald fra skæreprocessen. Opsamlingskassen flytter sig efter skærehovedet. Der kommer med andre ord kun metalaffald ned i selve kassen. Figur Udsnit af et gammelt skærebord. Metalaffald fra skæreprocessen dumper ned mellem de vandrette metalbjælker og ødelægger på sigt udsugningsspjældene. Metalaffaldet skal fjernes manuelt. Den aktuelle udsugede luftmængde er: L 0,5 m 3,0 m 2,0 m/s s/h = m 3 /h Det vurderes, at de årlige driftsudgifter vil være: Varmeforbrug: Elforbrug: Samlede energiomkostninger: 69 MWh/år kwh/år kr./år I det aktuelle tilfælde er sugeåbningen ikke helt fri, men er stort set omgivet af flanger. Metalaffald fra skæreprocessen falder ned i hele skærebordets areal på 3 m x 15 m, og på sigt stiger luftforbruget endnu mere, da klapventilerne (spjældene) efterhånden bliver utætte grundet den hårde belastning fra metalaffald. Der er også et tidsforbrug til rengøring af skærebord fra affald. Figur To modstående sugespalter med flange. Kinetisk brænder-energi Luftstrømsprincip B Skærehoved Emne Udsugningsåbninger Sugevogn Slædekanal Luftstrøm med støv til filter/ventilator Udskiftelig skrotkasse Figur Udsugningen placeret omkring en opsamlingskasse for metalaffald fra skæreprocessen. Fortsættes > 102 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 103

54 > Eksempel 10 > Eksempel 10 Figur Tømning af metal i affaldskasse. Det nye skærebord anvender i praksis følgende lufthastigheder: Plasmaskæring i rustfri stål 1,5 m/s og flammeskæring i sort plade 1,0 m/s. Den aktuelle udsugede luftmængde: 0,5 m 3,0 m 1,5 m/s s/h = m 3 /h Den umiddelbare direkte luftbesparelse er: % = 25 % Det svarer til en årlig besparelse på godt kr./år. Det nye skærebord har yderligere følgende fordele: Figur Kasse placeret nede i den mobile enhed med sugespalter markeret med hvide pile. Bedste arbejdshygiejniske forhold for operatør ved rengøring Energibesparelse på trykluft til klapventiler (spjæld) Energibesparelse til filterrensning Forlænget levetid af filtermedie på grund af lavere belastning og færre trykluftrensninger Almen udsugning Et punktudsug kan aldrig være 100 % effektivt, dvs. det vil aldrig kunne fjerne alle forureningerne som emitteres fra en proces. Der er således mulighed for at forureningerne spredes, f.eks. til områder, hvor det er uønsket. Derfor er der på de fleste virksomheder med emitterende processer installeret et alment udsugningsanlæg i tilknytning til punktudsugningsanlægget (procesudsugningsanlægget). Figur 6.32 og 6.33 viser henholdsvis tømning af metal affaldskasse og kassen placeret nede i den mobile enhed med sugespalter markeret med hvide pile. Det almene udsugningsanlæg, som suger over hele virksomhedens areal, består ofte af et antal tagventilatorer (simpel udsugning) eller et centralt udsugningsanlæg, hvor der på udsugningskanalerne er monteret et antal udsugningsarmaturer. 104 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 105

55 Disse er i sin simpleste form stutse (kanalstykker) monteret på udsugningskanalerne. Den dimensionerende luftmængde er ofte bestemt ved hjælp af tommelfingerregler. Som regel dimensioneres luftmængden til almen ventilation som 15 % af den udsugede luftmængde ved punktudsugene, da disse i gennemsnit vurderes til at være 85 % effektive. Det medfører, at der udsuges mere end nødvendigt med et unødvendigt højt tryktab i kanalsystemet, og dermed et højt energiforbrug til følge. I stedet for at dimensionere luftmængderne efter tommelfingerregler bør der ses på hvor store forureningsmængder, der undslipper punktudsugene og anvende disse forureningsmængder som dimensioneringsgrundlag. På baggrund af disse forureningsmængder bør anlægget dimensioneres. 6.2 Indblæsningskomponenter For indblæsningskomponenter ses der på indblæsning i arbejdszonen og almen indblæsning Indblæsning i arbejdszonen Her beskrives opblandingsventilation og fortrængningsventilation. Opblandingsarmaturer samt indblæsningsposer eller kanaler med dyser Ved opblandingsventilation afhænger den indblæste luftmængde af, hvad indblæsningssystemet skal anvendes til (se figur 6.34). Opblandingsventilation kan anvendes til et eller flere af følgende formål: Fortynding Opvarmning Køling Figur Indblæsningsarmaturer (spaltediffusorer) til opblanding. Fortynding Ved fortynding, skal den indblæste luftmængde beregnes efter fortyndingsligningen. Denne er beskrevet nærmere i afsnit 3.2. Opvarmning Ved opvarmning afhænger den indblæste luftmængde q v primært af bygningens dimensionerende varmebehov Φ v og forskellen mellem indblæsningsluftens og rumluftens temperatur ΔT v. Den indblæste luftmængde ved opvarmning kan skrives således: q v = ( Φ v ) ΔT v 1 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 107

56 Køling Ved køling afhænger den indblæste luftmængde q v primært af bygningens dimensionerende kølebehov Φ k, og forskellen mellem udsugningsluftens og indblæsningsluftens temperatur ΔT k. Den indblæste luftmængde ved køling kan skrives således: q v = ( Φ k ) ΔT k ΔT k kan normalt ikke være større end 5 6 C, hvis trækgener skal undgås. Størrelsen af ΔT k afhænger af hvilke armaturer, der er valgt. Opblandingsarmaturer benyttes typisk i lokaler eller haller med mange diffuse forureningskilder med lille forureningsemission, og hvor den termiske belastning fra processerne er lille. Den høje impuls fra opblandingsarmaturerne sikrer en effektiv fortynding, og ensartet koncentration af forureningerne overalt i opholdszonen. Strømningsbilledet er tredimensionelt. Indblæsningsposer med dyser eller kanaler med dyser er installationsmæssigt en fleksibel form for indblæsning, og kan i princippet anvendes til samme formål som opblandingsarmaturer. Da strømningsbilledet er todimensionelt, kan indblæsningen til en vis grad styres hen i en ønsket retning i opholdszonen, og herved skubbe forureninger hen til udsuget. Anvendelse af indblæsningsposer med dyser er stigende. Ved stort varmebehov må der ofte suppleres med strålevarme. Se figur Indblæsningsposer uden dyser anvendes typisk i lokaler med behov for store luftskifter og store krav til det termiske klima f.eks. laboratorier. Indblæsningen sker med lille impuls. Figur Indblæsningsposer med dyser. Fortrængningsarmaturer Ved fortrængningsventilation opnås en grænselags- eller lagdelingshøjde Z. Højden er et udtryk for op til hvilken højde over gulvet, luften har en lav koncentration af forurening. Z = (0,0075 (T f - T ) 1,02 + 0,54 h) ( n3/5 Φ c 1/5 hvor: T f er varmekildernes overfladetemperatur i C T er rumtemperaturen i C h er varmekildernes højde i m n er den indblæste luftmængde pr. gulvareal i l/sm 2 Φ c er varmekildens konvektive effekt pr. gulvareal i W/m 2 Højden Z bør ikke vælges højere end nødvendigt, da den indblæste luftmængde afhænger af denne højde. Som tommelfingerregel bør den være 3 4 m. Herved opnås der rimelig sikkerhed for, at koncentrationen af forurening i den nederste zone (indåndingszonen) er lav. Se figur ) 108 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 109

57 Eksempel 11 En fabrikshal på m 2 er forsynet med varmekilder, hvis overfladetemperatur er 200 C. Varmekildernes højde er 2 m og har en effekt på 300 W/m 2. Rumtemperaturen holdes på 25 C. Der ønskes ved hjælp af fortrængningsventilation en lagdelingshøjde på 3 m. I nogle tilfælde vil det være relevant at placere fortrængningsarmaturet i vandret position i en vis højde over gulvniveau (se figur 6.37). Det kaldes aktiv fortrængning. Den nødvendige indblæste luftmængde n i l/sm 2 kan nu findes efter: n 3 = (0,0075 (200-25) 1,02 + 0,54 2) ( 3/5 n = 3,7026 5/3 = 8,8617 l/sm /5) Den nødvendige indblæste luftmængde q v i m 3 /h for hele hallen findes som: q v = m 2 8,8617 l/sm 2 = m 3 /h 3600 s/h 1000 l/m 3 Forureningen i den nederste zone er lav, da der kun tilføres forurening fra eventuel kuldenedfald, og anden forstyrrelse i mellem de to zoner. Figur Gulvplaceret indblæsningsarmaturer til fortrængningsventilation. Figur Indblæsningsarmaturer til aktiv fortrængning. Ved faste arbejdspladser kan aktiv fortrængning skabe en form for personlig ventilation i området. Her undgås, at armaturet okkuperer plads på gulvet. Den køligere luft fra armaturet vil stadigvæk strømme ned til gulvet med lav impuls. Samme grundlag til beregning af lavdelingshøjde som ved passiv fortrængning kan benyttes Almen indblæsning Et alment indblæsningsanlæg har til formål at opretholde et acceptabelt termisk og atmosfærisk indeklima udenfor arbejdszonen. Dette eller disse områder er karakteriseret ved moderate forureningskoncentrationer, afhængig af punktudsugenes effektivitet. Det kan dog i høj grad være karakteriseret ved et uacceptabelt termisk indeklima, f.eks. på grund af stråling fra procesudstyr. Indblæsning af frisk luft i arbejdszonen f.eks. ved hjælp af perifere fortrængningsarmaturer forbedrer kun det termiske indeklima i arbejdszonen, og ikke det termiske indeklima i de omkringliggende områder. Almene indblæsningsanlæg er i dag i overvejende grad baseret på ventilationsprincippet konventionel opblanding. Luften indblæses gennem armaturer placeret et godt stykke over gulvet. 110 Proces- og komfortventilationssystemet Proces- og komfortventilationssystemet 111

58 7 Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer Bestemmelse af energiforbrug til ventilationsaggregater, opvarmning af luft og til køling af luft. ningen af varmegenvinding og maksimal udsugningstemperatur. Det sidste kan opnås ved at anvende effektive punktudsug ved varmeprocesser. Kurvebetegnelse 70 5 (violet kurve): Energiforbrug til ventilationsaggregat Ventilatormotorens effektforbrug P defineres således: P = q v Δp t = q v Δp t (η v η r η m η f ) η t hvor: q v er volumenstrømmen i m 3 /s Δp t er totaltrykstigningen i Pa η v er ventilatorens virkningsgrad η r er remvirkningsgraden η m er motorvirkningsgraden η f er frekvensomformerens virkningsgrad (η v η r η m η f ) er totalvirkningsgraden η t 7.2 Energiforbrug til opvarmning af luft I Bygningsreglementet 2010 kap. 8.3 stk. 6 står der: Ventilationsanlæg skal forsynes med varmegenvinding med en temperaturvirkningsgrad på mindst 70 %. Kravet kan dog fraviges, når afkastluftens overskud af varme ikke på rimelig måde kan udnyttes. 70 betyder 70 % virkningsgrad for varmegenvindingen (temperaturvirkningsgrad). 5 betyder 5 C højere temperatur af afkastluft end den ønskede opvarmningstilstand. 0 0 er forbruget uden varmegenvinding (rød kurve). Energiforbrug til opvarmning af 1 m 3 luft pr. time i kwh 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Indblæsningstemperatur [ C] Figur 7.1. Årligt energiforbrug i kwh pr. én ugedag til opvarmning af 1 m 3 luft pr time i tidsrummet fra kl til kl Ovenstående krav gælder også for ventilationsanlæg i industrien, herunder procesventilationsanlæg. I At-vejledning om ventilation på faste arbejdssteder (Arbejdsstedets indretning A.1.1) står der: Ved varmegenvinding i forbindelse med procesventilation skal det sikres, at den friske indblæsningsluft ikke bliver forurenet af udsugningsluften/afkastluften i varmeveksleren. Det betyder f.eks., at roterende varmevekslere ikke bør bruges ved procesventilation. I figur 7.1 og 7.2 er energiforbruget til opvarmning af ventilationsluft opgjort for henholdsvis tidsrummene 8.00 til og 0.00 til (samtlige af årets timer). På figurerne ses betyd- Energiforbrug til opvarmning af 1 m 3 luft pr. time i kwh Indblæsningstemperatur [ C] Figur 7.2. Årligt energiforbrug i kwh pr. én ugedag til opvarmning af 1 m 3 luft pr time i tidsrummet fra kl til kl Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer 113

59 07 Eksempel 12 Energiforbrug til opvarmning af luft Et anlæg arbejder med 18 C indblæsningstemperatur, og det indblæser og udsuger m 3 luft pr. time hele året, døgnet rundt (7 ugedage). Forbruget til opvarmning til 18 C pr. m 3 /h aflæses i figur 7.2 via den røde kurve 0-0 (uden varmegenvinding) ud for 18 C til 4,4 kwh/år pr. m 3 /h pr. ugedag. For m 3 luft pr. time er forbruget til opvarmning hermed: 4,4 kwh/(m 3 /h)/ugedag m 3 /h 7 ugedage = kwh. Afkastluften kan varmegenvindes fra 23 C, dvs. 5 C varmere end det niveau, hvortil varmegenvindingen ønskes, med en temperaturvirkningsgrad på 70 %. Nu kan energiforbruget aflæses på den violette kurve 70-5 til 0,3 kwh/år pr. m 3 /h pr. ugedag. Se figur 7.2. Eksempel 13 Varmegenvinding fra dampopvarmede pressemaskiner I forbindelse med produktionen af parketgulve tørres parketstavene i seks dampopvarmede pressemaskiner, som er opstillet i to haller. Parketstavene stables lagvis ovenpå rektangulære dampplader. Varmen kommer herved ind i træet ved ledning i stedet for ved konvektion, som i almindelige trætørrestuer. Tørringen foregår herved meget hurtigt, idet fugtindholdet nedbringes fra ca. 50 % til 2 % på 105 minutter. Pressemaskinerne er lukkede i begge sider i langsgående retning af skydedøre (se figur 7.3). Dampudvikling Sugehov Dampudvikling 07 For m 3 /h er forbruget til opvarmning hermed: Døre 0,3 kwh/(m 3 /h)/ugedag m 3 /h 7 ugedage = kwh. Opstalt af træparket pressemaskine set fra siden Figur 7.3. Pressemaskine til tørring af parketstave. I enderne er der monteret gardiner i reflekterende materiale, der hæves/sænkes når et batch af stave transporteres ind/ud af maskinen. Over hver pressemaskine er der placeret procesudsug (emfang), som opfanger det meste af den konvektive luftbevægelse og dampen fra træet. Indkapslingen af maskinerne er åben nedadtil. Der er almen indblæsning nær opholdszonen ved indføring af stave til tørreovnen og ved udgangen fra tørreovnen. Udsugningsluften passerer en skrubber for at blive renset inden den går til det fri. Der er etableret to udsug fra hvert emfang, Fortsættes > 114 Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer 115

60 > Eksempel 13 > Eksempel der parvis er ført til hver sin blæser seks og seks. Udsugningen fra hver emhætte er styret on/off, således at spjældene i udsugningskanalerne er fuldt åbne under presningen, og spjældene er lukkede når presningen er færdig. Der er skåret lidt af spjældpladerne, så der opnås et vist flow, når spjældene er lukkede. Udsugningsluftmængden i hovedkanalen er målt til at være mellem m 3 /h med en temperatur på C. Lufttemperaturen i hovedkanalen er tilstrækkelig til, at det er muligt at opvarme indblæsningsluften til hallen til komforttemperatur i vinterhalvåret, svarende til en årlig varmebesparelse på ca MWh ved væskekoblede batterier som genvindingsteknologi. En anden mulighed er at udnytte varmen i de to hovedkanaler fra presserne med et varmepumpesystem. Herved kan hele den tilførte varme til presserne udnyttes, svarende til ca MWh årligt. Varmen kan uden videre afgives ved C eller som lavtryksdamp, som f.eks. kan anvendes i tørrekamrene på virksomheden. Ved målingerne blev det konstateret at der er en del partikler i udsugningen, hvorfor genvindingssystemet skal være forberedt for hyppig rengøring af de varmeoverførende flader. Se figur 7.4. Efter presningen anbringes parketstavene til afkøling på en mellemstation. Parketstavenes opholdstid på mellemstationen efter pressen er meget varierende. I nogle tilfælde transporteres de til lager efter minutter, og i andre tilfælde kan opholdstiden være ca. 2-3 timer. Uanset om parketstavene er på mellemstationen i minutter eller nogle timer, når de at afgive det meste af restvarmen fra presningen til omgivelserne, og påvirker derfor kravet til frisklufttilførsel. Hvis denne restvarme fra de tørrede træstave skal bortledes af hensyn til arbejdsmiljøet kan det gøres ved at etablere separate hætter over mellemstationerne, hvorfra konvektionsvarmen kan ledes væk ved naturlig ventilation. En del af strålevarmen vil ikke blive omsat til konvektiv varme, så der vil stadig tilføres rummet en vis varmemængde. Der tilføres imidlertid rummet ca. 420 kwh pr. batch (træ: 290 kwh, stålplader: 130 kwh) ved at lade et batch afkøle fuldt ud på mellemstationen. Derfor har det været naturligt at undersøge om mellemstationerne kan skærmes af, så varmen fra parketstavene kan genvindes. Da mellemstationerne har forskellige systemer til at laste og tømme stationerne, vurderes det ikke at være praktisk muligt at skærme mellemstationerne af. Der er imidlertid udført røgforsøg, der viser at en betydelig del af varmen fra parketstavene ledes bort som konvektiv varme (luftstrøm) hen mod pressen, idet varmen stiger op i mellemrummet mellem pressen og mellemstationen. Det antages, at det er udsugningen fra emhætten, der skaber et svagt undertryk mellem presse og mellemstation. En del af varmen fra mellemstationen havner således allerede i emhætten. For at maksimere varmemængden fra mellemstationen, der ledes til emhætten foreslås det, at der etableres en emhætte hen over mellemstationen, som er placeret over mellemstationens drivmekanisme. 07 Figur 7.4. Udsugningskanaler på taget ovenover tørremaskinerne. Emhætten skal være skrå, så højden øges gradvis hen mod den eksisterende emhætte over pressen. Herved fjernes den opadstigende luftstrøm ved naturlig konvektion hen mod pressen. Den nye emhætte fastgøres på den nuværende, Fortsættes > 116 Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer 117

61 > Eksempel og der etableres forbindelse mellem den eksisterende og nye emhætte ved at skære et hul i den eksisterende emhætte i fuld bredde og f.eks. halv højde af den nye emhætte (se figur 7.5). Luftmængden i afkastet fra den eksisterende emhætte fastholdes på det nuværende niveau. Der er foretaget en overslagsmæssig beregning, der viser at der tilføres rummet ca. 320 kwh konvektiv varme pr. batch, der afkøles på mellemstationen. De resterende ca. 100 kwh pr. batch tilføres rummet som stråling. Der er antagelig et årligt varmegenvindingspotentiale på ca. 800 MWh, når der tages hensyn til, at varmen fra den supplerende emhætte skal have en passende høj temperatur, og at der kun er behov for varme i vinterhalvåret. Hermed bliver det samlede varmegenvindingspotentiale ved etablering af væskekoblede batterier i pressehallens ventilationsanlæg ca. ( ) MWh MWh årligt. Døre Eksist. emhætte Presse Ny emhætte Opstigende varm luft Mellemstation Figur 7.5. Illustration af ny emhætte og eksisterende emhætte. 7.3 Energiforbrug til køling af luft I tabel 7.1 og 7.2 er energiforbruget til køling af ventilationsluft opgjort for henholdsvis tidsrummene 8.00 til og 0.00 til (samtlige af årets timer). Bemærk, at det årlige energiforbrug er opgivet i Wh/m 3 pr. time. Der er samtidig tale om den energi, der skal tilføres selve luften. For at bestemme det elforbrug, der skal tilføres kølemaskinen, skal der divideres med kølemaskinens gennemsnitlige effektfaktor (mellem 2 og 4). Dampudvikling Overfladetemperatur Indblæsningstemperatur Tabel 7.1. Årligt energiforbrug i Wh pr. én ugedag til nedkøling af 1 m 3 luft pr time i tidsrummet fra kl til kl Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer 119

62 Eksempel 14 Energiforbrug til køling af luft 07 Overfladetemperatur Indblæsnings temperatur Tabel 7.2. Årligt energiforbrug i Wh pr. én ugedag til nedkøling af 1 m 3 luft pr time i tidsrummet fra kl til kl En industrihal med mange varmekilder ventileres med m 3 luft pr. time. Indblæsningstemperaturen er 18 C. Kølefladen i anlægget tilføres vand med en temperatur på 10 C. Anlægget er i drift i tidsrummet fra kl til kl , 5 dage om ugen. I tabel 7.1 kan det årlige energiforbrug aflæses til 99 Wh pr. m 3 luft pr. time pr. dag pr. uge. Det årlige energiforbrug til nedkøling af luften i den pågældende periode vil da være: 99 Wh/(m 3 /h)/ugedag m 3 /h 5 ugedage = kwh. Ved en årseffektfaktor på eksempelvis 2,2 vil kølemaskinen anvende en energimængde på kwh årligt Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer Energiforbrug til proces- og komfortventilationssystemer 121

63 8 Energioptimal drift For at opnå en energioptimal drift af proces- og komfortventilationsanlæg er det vigtigt, at de er dimensioneret korrekt. Korrekt dimensionering kræver, at der er foretaget en analyse og vurdering af det reelle behov, som anlægget skal dække. På baggrund af behovsanalysen (se afsnit 4) vælges den optimale systemudformning med de mest energieffektive komponenter, samt det mest energioptimale styrings- og reguleringsudstyr. Behovet for ventilation kan reguleres efter: Urstyring (efter tid) Trykstyring (efter f.eks. tryk i kanal) Procesudstyrets driftstilstand (f.eks. via styresignal fra maskine) Tilstedeværelses styring (efter tilstedeværelse af personer) Rum- eller udsugningstemperaturen (føler) CO 2 indhold i luften (føler) Fugt (føler) Inden anlægget sættes i drift, skal det være indreguleret korrekt og dokumenteret Styring og regulering Behovet for ventilation er sjældent konstant, men varierer over døgnet og året. F.eks. afhænger centraludsugning af spåner fra træbearbejdningsmaskiner eller udsugning af røg fra svejseprocesser af arbejdsprocessernes aktivitet. 08 Behovet er også varierende, når det gælder komfortventilation. Ventilationsanlæg er projekteret ud fra en stor person- og varmebelastning i rummet. I mange situationer er belastningen langt mindre, og det er vigtigt at tilpasse anlæggets ydelse til behovet på en energieffektiv måde. 122 Energieffektiv drift og vedligehold Energieffektiv drift og vedligehold 123

64 > Eksempel 15 Når alle spjældene i punktudsugene er åbne, indstilles spjældet i rumudsugningskanalen automatisk til 15 % åben. Det betyder, at der udsuges ( ) m 3 /h fra rummene. Luftmængden reguleres ved en justerbar modstand. Når spjældene i punktudsugene lukker i, lukker spjældet i rumudsugnings kanalen mere op. Når der ikke svejses, foretages der udelukkende rumudsugning. I dette tilfælde sker reguleringen af anlægget ved, at frekvensen til udsugningsventilatorernes motorer ændres fra 38 Hz (maks.) til 10 Hz (min), samtidig med, at spjældet i rumudsugningskanalen automatisk indstilles til ca. 80 % åben. Eksempel 16 Behovsstyring I forbindelse med en smelteproces for jern foretages der udsugning over den tappede smelte, indtil den er størknet. Jernet størkner på en luftkølet bakke (kølepande), hvorefter det størknede jern fjernes ved at panden tippes. Over kølepanden er der ophængt en sugehov (skærm), der udsuger gasserne, der opstår ved tapningen, og efterfølgende modtager og fjerner varmen fra jernet, mens det afkøles. Se figur Indblæsningsventilatoren styres af en trykdifferenstransmitter, der søger at holde en trykdifferens mellem det statiske tryk i hallerne og det statiske tryk ude lig med nul. 08 Figur 8.5. Flydende jern tappes ud på kølepande. Udsugningen fungerer efter modtagerprincippet, idet gasserne fra tapningen og varmen fra afkølingen stiger op i skærmen som følge af den kraftige termik fra den varme jernoverflade. I skærmen er der monteret et fletværk af jernringe for at skabe en stor overflade for derved at beskytte den mod den termiske belastning. Der udsuges en konstant luftmængde på i alt m 3 /h til trods for, at udsugningsventilatorernes motorer er forsynet med frekvensomformere, som sørger for at variere omdrejningstallene på motorerne, og dermed ventilatorernes volumenstrømme efter temperaturen i afkastkanalen. Det er beregnet, at en luftmængde på ca m 3 /h er tilstrækkelig til at sikre en passende Fortsættes > 126 Energieffektiv drift og vedligehold Energieffektiv drift og vedligehold 127

65 > Eksempel 16 > Eksempel udsugning over panden. Herved sikres, at gasser og varme ikke undslipper udsugningen. Den udsugede luft vil blive over 400 C varm i starten, hvilket ikke er hensigtsmæssigt. Der er med udgangspunkt i en energibalance over jernpladens omtrentlige nedkølingsforløb udført en overslagsmæssig beregning af pladetemperaturen, og temperaturen af den udsugede luft fra skærmen. Pladen afkøles ret hurtigt, og den udsugede luft er kun meget varm ganske kortvarigt. Efter omkring 7-8 minutter er temperaturen af den udsugede luft nede på 50 C med en luftmængde på m 3 /h. Se figur 8.6. Der er tilsvarende udført en beregning af den nødvendige luftmængde fra skærmen over panden, hvis temperaturen af den udsugede luft fastholdes på 50 C. Den nuværende styring af blæserne er udrustet med temperaturregulering, som justerer blæserydelsen efter temperaturen i afkastet fra skærmen. Denne styring anvendes ikke, idet blæserne jo kører med fast omløbstal. Det foreslås, at den allerede eksisterende blæserstyring bringes i anvendelse. Det sker ved, at der fastsættes en minimumsluftmængde i blæserstyringen, så der suges minimum ca m 3 /h fra skærmen over kølepanden. Det er beregnet, at elforbruget til de to blæsere vil kunne reduceres med ca. 80 % ved at anvende temperaturstyret omløbstal fremfor drift med konstant omløbstal. Hvis der f.eks. er 200 produktionsdøgn/år (det antages, at blæserne er ude af drift, når der ikke produceres) vil blæsernes elforbrug reduceres fra ca. 352 MWh til 58 MWh årligt. Den sparede luftmængde over en time kan ses på figur Temperatur [C] Tid [sek.] temperatur, jernplade temperatur, ventilationsluft Luftmængde [m 3 /h] BESPARELSEN Tid [sek.] luftmængde, min. Figur 8.7. Nødvendig luftmængde fra skærm over kølepande. Figur 8.6. Temperatur af jernplade og luft fra skærmen over panden. Som nævnt vil lufttemperaturen være så høj de første 7-8 minutter, at det vil være nødvendigt at fastholde den nuværende luftmængde. Men derefter vil det være muligt at reducere luftmængden, og allerede efter omkring 15 minutter kan luftmængden være halveret. Det er vigtigt, at der ved programmeringen af blæserstyringen tages højde for, at blæserne skal køre med fuld hastighed umiddelbart inden tapning, så udsugningssystemet er forberedt på den momentant høje termiske belastning, når tapningen starter. Kort efter tapningen er påbegyndt, kan temperaturreguleringen i udsugningssystemet igen tage over. 128 Energieffektiv drift og vedligehold Energieffektiv drift og vedligehold 129